Наука Ренессанса. Триумфальные открытия и достижения естествознания времен Парацельса и Галилея. 1450–1630
Ученый XV–XVI веков был целиком и полностью солидарен с этими идеями, пропитанными идеалами гуманизма. Отсюда и его озабоченность возвращением к трудам Галена или Птолемея (очищенным от исламских или средневековых комментариев). Поэтому он значительное внимание уделял чисто словесным аспектам древних научных текстов. Несомненно, большая часть этого времени потрачена впустую. Но тем не менее определенно полезнее читать Галена и Евклида напрямую, чем через арабский пересказ. Несомненно, было ликвидировано множество неточностей. Прежде всего возврат к оригиналу заставил серьезно задуматься о том, что в действительности думали и писали Аристотель и Гиппократ, Гален и Птолемей. За этим последовало признание истинности или ошибочности, плодотворности или бесполезности вклада в науку великих ученых прошлого. Так был сделан первый шаг к научному прогрессу. Греческая наука в XV веке никоим образом не утратила вдохновляющей идеи. Она все еще могла – и сохранила эту способность на два следующих столетия – предложить разные темы для исследования для каждого из последующих веков. А главное, она способствовало отходу от традиционности, от общепринятого мышления. Гуманизму было что предложить науке.
Но почему тогда гуманисты, такие как Эразм, часто нападали на науку? Например, университетскую науку они считали частью бесплодного умствования схоластики. Век, желающий стать новым, должен в силу необходимости отречься от идей недавнего прошлого. И гуманисты превратили хваленого «доктора тонкого» конца XIII века (Дунс Скот) в тупицу века XVI[3]. Современные историки, восхищающиеся гениальностью математиков и физиков XIV века, осуждают эту антипатию и считают гуманистическое поклонение Античности вредным для научного прогресса. Однако, несмотря на несомненные достижения философов XIV века в некоторых направлениях, была необходима какая-то другая составляющая, чтобы стимулировать развитие современной науки. Il faut reculer pour mieux sauter[4] часто справедливо и в интеллектуальных вопросах: средневековая вдохновляющая идея была в начале XV века ослаблена, и древнегреческий стимул в тот момент оказался сильнее. Когда гуманист критиковал средневековую науку, он нападал на интеллектуальное отношение, которое казалось ему замедленным и стерильным. Он не критиковал науку вообще. Он одинаково восхищался Аристотелем – литературным критиком и Аристотелем – биологом, но нападал на Аристотеля – космолога и семантического философа. Гуманист восхвалял неприятие материального мира Платоном и Сократом и космологию Платона, настаивавшего на необходимости изучения геометрии как обязательной предпосылки постижения более высоких понятий. Наставления Платона были приняты на вооружение. Где бы ни создавались гуманистические школы, математика, чистая и прикладная, всегда ассоциировалась с литературным изучением латыни и греческого языка. Гуманист, вдохновленный всем тем, что в его глазах составляло славу греческого прошлого, желал передать образ этого прошлого в целом и показать, что греки внесли вклад во все области светских знаний[5]. Возможно, увлеченность гуманиста греческими познаниями на время отодвинула средневековую науку в тень, но зато она извлекла на свет многое из того, что современному ученому полезно знать, но иным способом он этого никогда бы не узнал.
Тот факт, что наука в XV веке интересовала не только ученых, а была частью популярных знаний, пусть и не главной, следует из списка книг, опубликованных до 1500 года, инкунабул, которые современные коллекционеры с любовью собирают и каталогизируют. Самая ранняя из сохранившихся книг, напечатанных в Западной Европе, датируется 1447 годом. К 1500 году во всех странах Западной Европы было выпущено по крайней мере 30 000 индивидуальных изданий (на Иберийском полуострове печатные станки были установлены только в самом конце века). Большинство книг, естественно, были религиозными – от Библии до трудов по теологии. Другие книги также отражали спрос. В XV веке, как и сегодня, издатели не желали печатать то, что, по их мнению, не будет продаваться.
Но все же около 10 процентов инкунабул затрагивают научные проблемы. Не такая уж плохая пропорция! Это были популярные издания, научные энциклопедии, греческая и латинская классика, средневековые и современные учебники, а также элементарные трактаты, в основном по медицине, арифметике и астрономии. Было сравнительно немного греческих изданий, поскольку латинские переводы должны были пользоваться большей популярностью, и совсем мало сложных и серьезных трудов. Там вместо «Альмагеста» Птолемея – самого влиятельного трактата по астрономии из всех когда-либо написанных, но интересного только узким специалистам, был издан упрощенный труд Региомонтана «Эпитома Альмагеста Птолемея». Вместе с тем еще до 1500 года была издана «География» Птолемея (на латыни), отражая широкий общественный интерес к картографии. Во всем этом нет ничего удивительного: работы специалистов, интересные только ограниченному кругу лиц, не печатались, как книги. Они надолго оставались рукописями. В точности как и сегодня, специальные статьи публикуются только в научных журналах. Зато и раньше, и сегодня есть спрос на популярные издания. То, что в XVI веке было напечатано много научных трудов, свидетельствует о том, насколько активно популяризировалась наука.
Печатный станок имел двойное влияние на науку. Во-первых, делая тексты доступными, он «сеял знания», обеспечивая более широкую аудиторию, чем без печати, одновременно подчеркивая авторитет печатного слова. Во-вторых, он особенно повлиял на развитие биологических наук, сделав возможным распространение иллюстраций. Эффект многих трудов XV и XVI веков по анатомии, зоологии, ботанике и естественной истории напрямую зависел от иллюстраций, которые многократно облегчали восприятие (и помогали в стандартизации технических терминов). Точные иллюстрации могли воспроизводиться в больших количествах только на печатном станке. Что случалось при копировании иллюстраций писцами, ясно из постепенного и весьма прискорбного ухудшения качества изначально великолепных иллюстраций к труду по ботанике Диоскорида. Миниатюристы могли передать общий вид цветов, но они не имели никакого представления о научной точности. Но теперь, при сотрудничестве известных художников, с печатных станков сходили книги с удивительно красивыми и грамотно выполненными рисунками, что в немалой степени влияло на повышение популярности науки. Печатный станок также способствовал научному прогрессу. Информация о новых идеях и открытиях стала публиковаться, и они не забывались, а ложились в основу работы других. Научный прогресс не зависел от печатного слова. На самом деле многие ученые, такие как Коперник (1473–1543), много лет не давали согласия на печатание своих трудов. Мавролико (1494–1577) и Евстахий (1520–1574) тоже при жизни не публиковали своих важных работ. Однако такое отношение было редким. Публикация существенно облегчала распространение, а неопубликованные научные труды почти не имели шансов повлиять на другие. Самый подходящий пример – работа Леонардо да Винчи. В этом, как и во многом другом, ситуация стабилизировалась в ходе XVI века, но в конце XV века была подготовлена почва.
Как было показано, изобретение печатного станка содействовало распространению знаний прошлого. Но точно так же оно способствовало повышению интереса к новым знаниям великого века исследований и открытий. Великие открытия делались почти без использования новой техники, но их результат стимулировал прогресс в математической географии и астрономических методах навигации, что стало широко известно благодаря напечатанным книгам. Моряки начала XV века, бросающиеся слепо, но с надеждой в Южную Атлантику, заставили ученых людей, сидящих в кабинетах, задуматься о несовершенстве существующих методов судовождения. Моряки от этого только выиграли. Ведь почти все усовершенствования, помогающие найти нужный курс в незнакомом море или правильно изобразить земную поверхность на плоской карте, были предложены не моряками, а учеными. Первое было новым, совершенно неизвестным в древности, второе – возрождением старых знаний, утраченных на протяжении веков, когда люди не знали и не читали «Географию» Птолемея.
Морские методы и знания ученых соединялись очень медленно. На протяжении XV века морские и сухопутные карты составлялись по совершенно разным принципам. Сначала моряки находились в лучшем положении, потому что их карты были намного точнее. Повторное открытие гуманистами «Географии» Птолемея изменило картину благодаря математической картографии, которая была быстро принята прикладными математиками. А моряки тем временем продолжали использовать портоланы[6], распространившиеся после появления в конце XIII века компаса. Самые ранние навигационные карты были составлены на Средиземном море. В XV веке появились карты атлантического побережья Европы и, в конце концов, были составлены карты обоих берегов Северной Атлантики. Принцип портолана прост. Это морская навигационная карта, поэтому в ней тщательно определены очертания береговой линии с указанием очень точных расстояний между береговыми ориентирами. Характерные черты суши были даны, только если они представляли интерес для моряков – порты, укрытия и т. д. Все надписи делались на «суше». «Море» было покрыто сеточкой тонких линий (локсодром), исходящих из серии компасных роз, давая компасные румбы. Это позволяло моряку выработать примерный курс из одного места в другое по соответствующим локсодромам (обозначающим постоянное направление компаса) от одной компасной розы до другой. Карты были точными, если речь шла о расстоянии и направлении, однако не были предназначены для отображения больших участков земной поверхности – впрочем, это было невозможно. Портолан – это морской аналог средневековой дорожной карты, своеобразное схематическое изображение маршрута.
Ученый всегда хотел другого – графического изображения всей сферической поверхности Земли, или по крайней мере ее обитаемых частей, традиционно – полушарий[7]. Веками он довольствовался чисто символическим методом изображения: рисовал окружность и двумя чертами (как буква «Т») делил его на три участка, имевшие примерно треугольную форму. Эти участки представляли три континента – Европу, Азию и Африку, а пространства между ними и вокруг окружности – моря и окружающий все океан. В этих так называемых ТО-картах самая обширная территория предназначалась Азии, которая помешалась наверху, отражая тем самым важность Святой земли. (На древних картах юг был наверху; с портоланов началась современная северная ориентация.) Постепенно части удалялись и расширялись, и по мере накопления географических знаний о земной поверхности расстояния и направления все больше приближались к точным. Тем не менее математическая география оставалась неизвестной наукой вплоть до «Географии» Птолемея, которая суммировала все греческие знания о предмете до II века н. э. Она стала доступной в латинском переводе Якопо Анджело после 1410 года. Впервые «География» была напечатана в 1475 году и стала популярной. В XV веке ее переиздавали семь раз. Труд был настолько успешным, а издатели – так заняты допечаткой новых тиражей, что даже упал спрос на новые собрания карт. Новые карты и карты новых районов просто добавлялись к труду Птолемея.
«География» Птолемея изначально включала карты. Но хотя текст этой работы уцелел на протяжении нескольких веков, карты оказались утраченными, и в первом манускрипте их не было. Одной из первых задач, стоящих перед географами, было их воссоздание в соответствии с указаниями Птолемея. Он составил таблицы расстояний и направлений главных пунктов обитаемого мира в эпоху греко-римской Античности и правила создания карт. Однако процесс оказался совсем не простым, включающим разнообразные математические факторы, с которыми математики XV века знакомы не были. Невозможно вскрыть полую сферу и разложить ее в плоскость, так же как нельзя обернуть лист бумаги вокруг сферы таким образом, чтобы он лег гладко, без складок. Иными словами, сферическая поверхность Земли не может быть точно представлена путем прямого переноса на бесконечную двухмерную плоскость. Даже полушарие невозможно точно изобразить на плоскости[8]. Создатели портоланов действовали так, словно это было возможно; но морские карты обычно отображали только сравнительно небольшие участки, в других случаях они содержали опасные ошибки. На это авторы XVI века, писавшие о навигации, постоянно указывали упрямым морякам, не верившим, что плоские карты, которыми они привыкли пользоваться, могли быть ошибочными. Картографу приходится мириться с ошибками. Он должен лишь позаботиться о том, чтобы свести ошибки к минимуму и как можно более точно передать расстояние, направление, размер и форму.
До прочтения «Географии» Птолемея европейские картографы не ведали об этой проблеме. Птолемей описал два способа проекции. Первый способ, который сам он часто употреблял, заключался в следующем: необходимо представить сферическую поверхность Земли нижней частью конуса, развернутого в плоские поверхности. Это дает прямые линии экватора и меридианов и регионов, расположенных недалеко от экватора, но в северных районах, представлявших наибольший интерес для европейца XV века, погрешность существенно возрастает. Второй способ (часто называемый проекцией Дониса по имени германского бенедиктинца, составлявшего таким образом карты для иллюстрации одного из изданий «Географии») был модификацией первого, в котором меридианы и параллели были кривыми, а лежащая в ее основе геометрия – сложнее. Когда методы, описанные Птолемеем, были освоены, картографы были готовы применять новые, более удобные проекции. Но это было дело будущего, так же как переоценка длины земного градуса на разных широтах.
В XV веке использовался только один новый метод изображения – земной глобус. Небесные глобусы, показывающие созвездия в причудливых подробностях и положение главных звезд, были уже некоторое время известны, но первые дошедшие до нас земные глобусы датируются концом столетия. Их рисовали вручную. Самый известный – это глобус, изготовленный Мартином Бехаймом (1459–1507) по заказу отцов города Нюрнберга. Бехайм жил в этом городе, известном ремесленниками, которые изготавливали прекрасные астрономические инструменты. Но его интересовали навигационные, а не астрологические аспекты астрономии, поэтому он предпочитал проводить основную часть времени в Португалии, только ненадолго возвращаясь в Нюрнберг, где в 1492 году закончил свой глобус. Он показывает знаменитые португальские открытия вдоль западного побережья Африки, но, к сожалению, не последние открытия Васко да Гамы на востоке и Колумба на западе. Пока глобусы разрисовывались вручную, они оставались диковиной. Но к началу нового века появились способы печатания полос (клиньев) для приклеивания на глобус, хотя проблемы с точностью отображения остались. Чтобы глобусы можно было использовать в мореплавании, их следовало делать слишком большими, что было неудобно. Несмотря на непрекращающиеся попытки убедить моряков их использовать, они выполняли на судах в основном декоративные функции.
Картографы XV века были поглощены проблемами, связанными с составлением максимально точных сухопутных карт, и у них не было времени задаваться вопросом, насколько их творения будут полезны морякам. Применение научной картографии к морским картам распространилось только в следующем веке. Астрономы и математики разными путями получали информацию о новых открытиях, и необходимо было помочь первооткрывателям создать новые навигационные методы, необходимость в которых ощущалась остро. Понятно, что такую работу мог выполнить ученый, понимающий теоретические основы проблемы, а не судоводитель-практик, искушенный в традиционных методах, но теряющийся, когда они перестают работать. Именно этого и следовало ожидать, потому что суда вышли за пределы хорошо знакомых вод Средиземноморья и Северной Европы. Моряк больше не мог полагаться на компас, навигационную карту и таблицу, как привык это делать в Средиземном море, прокладывая курс по румбу компаса и пройденному расстоянию. Ведь в дальних плаваниях у него не было карты, да и компасный румб был ему неизвестен.
Рис. 1. Указатель моряка для определения направления по светилам Когда Стражи указывают на «десять часов», моряк XV века говорил, что они показывают «два часа ниже головы», на «пять часов» – «один час над ногами». Моряк XVII века говорил «норд-вест-тень-норд» и «зюйд-тень-ост»
Не мог он полагаться и на лот, линь и портолан, как моряки Северной Европы, где мелководья на континентальном шельфе делали навигацию по глубине под килем и характеру океанского дня вполне надежной. Он оказался на глубоководье и без лоции. Для плавания в Атлантике нужны были методы астрономической навигации. А он знал только Северную звезду и связанное с ней созвездие Малой Медведицы; их он использовал для определения времени ночью, а это был сложный метод, основанный на запоминании положения Стражей в разное время года[9].
Толчок к применению астрономических знаний для совершенствования навигационных методов, равно как и импульс начать исследования Атлантики, дал португальский принц Генрих Мореплаватель. Он лично участвовал только в одной экспедиции, да и то в ранней юности – через Гибралтарский пролив для помощи во взятии Сеуты в 1415 году. Но вплоть до своей смерти в 1460 году он был главным европейским сторонником исследования Атлантики и использования астрономических методов в навигации. Для этой цели он создал исследовательский центр в Сагрише – на юго-западе Португалии. И хотя центр прекратил свою деятельность после смерти Генриха, тенденция к совершенствованию навигационных методов, так же как и к масштабным исследованиям, сохранилась. Португалия приобрела такую широкую известность своими навигационными идеями, что в конце XV века такие иностранцы, как Абрахам Закуто из Саламанки и Мартин Бехайм из Нюрнберга, сочли Лиссабон самым перспективным центром для астрономов-практиков.
Чтобы научить моряка XV века плавать в незнакомых морях, необходимо было решить две задачи. Во-первых, изобрести упрощенные методы, с помощью которых он мог определять свое местонахождение на глобусе. На практике это означало методы определения широты по высоте солнца или звезды. Во-вторых, придумать инструменты, которые могли бы надежно работать на неустойчивой палубе маленького подвижного судна, находясь в руках необученных моряков. Существующие приборы астронома были не так уж хорошо приспособлены для использования на море, как и методы астронома-наблюдателя для моряка. Излюбленным инструментом астронома в течение длительного времени была астролябия – сложный прибор, созданный для получения полезной астрологической информации о движении и положении солнца и звезд. Он снабжался угломером (алидадой) для измерения углового расстояния между двумя объектами. Упрощенная форма – морская астролябия (по сути – тяжелое кольцо со шкалой и алидада как подвижный указатель) – появилась только в следующем веке. Вторым распространенным инструментом был квадрант. Он содержал большое количество информации, имел два смотровых отверстия и отвес. Но в нем не было подвижных частей (как в астролябии), и его можно было упростить, заменив астрономические таблицы, нанесенные с обратной стороны, навигационными таблицами. Именно в такой форме этот инструмент широко распространился в XV веке. Был еще cross-staff, названный по аналогии с арбалетом (crossbow), который он напоминал. Это было нечто вроде длинной тонкой деревяшки, снабженной короткой подвижной поперечиной. Чтобы ее использовать, следовало поднеси конец палки к глазу и передвигать поперечину взад-вперед, пока ее концы не закроют оба предмета, угловое расстояние между которыми измеряется. Палку можно градуировать по-разному, чтобы получить нужную информацию.
Широта точки на земной поверхности может быть определена измерением высоты солнца над горизонтом и прибавлением (или вычитанием) угла склонения солнца для конкретного дня. Этот метод нечасто использовался в XV веке, потому что было проще определить высоту Полярной звезды и сравнить ее с высотой в некоей известной точке. Однако на практике ни астроном, ни моряк не говорили о широте – это понятие было известно только ученому, занимающемуся научной космографией. Вместо этого моряка учили измерять угол возвышения светила с помощью квадранта и сравнивать с данными для его родного порта с помощью простого правила, разработанного астрономами. Португальский исследователь, отплывший в 1462 году в Гвинею, писал: «У меня был квадрант, когда я отправился в те места, и я отметил в таблице квадранта высоту арктического полюса»[10]. На основании такой информации, медленно накапливаемой в течение столетия, астрономы составили таблицы углов возвышения светил, ставшие важнейшей частью правил для моряков, которые были разработаны в конце XV века. Моряку предлагали наблюдать за Полярной звездой и корректировать свои наблюдения в соответствии с положением Стражей. Те же самые Стражи раньше помогали ему определять время ночью. В дополнение к этому моряк следовал правилам, в соответствии с которыми решал, как плыть с помощью ветра и компаса в разных направлениях так, чтобы прийти к углу возвышения светила в порту назначения. Он мог плыть на восток или на запад, пока не доберется до места, если не вмешаются неизвестные течения. В XVI веке это называлось «плаванием по широте». Руководство пыталось научить моряка вычислять широту, определяя высоту солнца, но это было сложным делом, с использованием множества таблиц и расчетов.
Португальцы в те времена намного опережали других и в астрономической навигации, и в географических открытиях; их ближайшими соперниками были испанцы. Но даже португальские астрономы не могли помочь морякам в определении широты: единственный известный метод содержал сравнение времени, в которое происходили некоторые небесные явления – затмения или парад планет, – и времени, когда оно было предсказано в известном европейском городе. Метод был неудовлетворительный и ненадежный, зависящий от крайне редких событий, которые трудно наблюдать, и содержал неизбежные погрешности. Поэтому неудивительно, что моряки не спешили им пользоваться, и определяли широту по счислению или на глаз. Моряку было достаточно знания ветров, течений, скоростей и расстояний. Знаменитые мореплаватели, такие как Колумб (в поздних путешествиях), ими активно пользовались и прибывали в пункт назначения с необычайной точностью.
Астроном XV века имел все основания гордиться своими достижениями в решении проблем судовождения: он создал методики плавания по звездам, не известные в древности и в Средние века, и упростил их до такой степени, что ими могли свободно пользоваться моряки. У него было и много новых идей относительно других, более прогрессивных методов. Но оснований радоваться своим успехам в области астрономической теории не было. Он, конечно, обладал космологической системой, которая просуществовала уже тринадцать веков, но отлично понимал присущие ей недостатки, угрожавшие ее существованию. Поэтому в научной среде воцарилось ощущение тревоги, ожидался очередной кризис, которым периодически подвержена теоретическая надстройка науки – так было, есть и будет.
Традиционная космология всегда включала в себя удобную, аккуратную Вселенную. Ее поддерживала философия Аристотеля, научную эффективность ей придавал математический синтез Птолемея, а ученые XIII века ее христианизировали. Воображение изобрело упорядоченный ряд сфер, расположенных одна в другой и двигающихся согласно божественным законам. То здесь, то там они украшены сияющими небесными телами. В центре находится Земля, расположенная низко, но все же являющаяся центром всего и местом, где живут люди. Она твердо и неподвижно зафиксирована на месте, и на нее влияют окружающие ее расширяющиеся сферы. В земном регионе, под луной, расположены сферы четырех элементов – земли, воды, воздуха и огня. Это регион образования, разрушения и перемен. В небесном регионе, вечном и неизменном небе, находятся кристаллические сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Полые сферы вставлены одна в другую так, что, хотя их радиусы велики, внешняя поверхность одной касается внутренней поверхности той, что больше. За пределами планетарных сфер находится сфера фиксированных звезд. Есть еще девятая сфера главной движущей силы. Размеры этих сфер находятся в гармоничной пропорциональности. Считалось, что, вращаясь, они создают небесную гармонию, в которой участвуют все звезды.
Пока все было благополучно, и люди считали, что находятся в центре четкого и ясного космоса, созданного и упорядоченного для блага человека. Но с точки зрения астрономии во Вселенной было порядка меньше. Математические инструменты греческой астрономии были необходимы, чтобы дать тщательное изображение точных передвижений планет, и это были обобщения совершенно другого порядка, отличного от твердых реальностей кристаллических сфер. Однако на протяжении многих веков астрономы и дилетанты тем не менее сходились во мнении, считая руководство чувствами вполне надежным ориентиром, даже в таких вещах, как небесные сферы; и руководство чувствами подтверждало математическое и философское умозаключения, что всякое небесное движение происходит по кругу. Достаточно понаблюдать за восходом и заходом солнца или за движением по ночному небу луны, чтобы убедиться: движение по кругу характерно для небес. Поэтому эпицикл математиков и эксцентрические круги (рис. 2) должны считаться только математической фикцией. Реальность, как считал даже Птолемей, знает только твердые материальные кристаллические сферы космологии Аристотеля. Астрономы XV века согласились: им все больше и больше нужна была реальность в том смысле, что они хотели сделать астрономию наукой образной, а не теоретической, чтобы она имела дело с реальными физическими телами, а не с математическими величинами.