Текст книги "Очевидное? Нет, еще неизведанное…"
Автор книги: Вольдемар Смилга
Жанр:
Физика
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 16 страниц)
Вольдемар Петрович Смилга
Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Художник Б. Жутовский
Введение,
в котором автор откровенничает с благосклонным читателем, а также пробует весьма назидательно объяснить, почему и зачем он написал все, что следует далее
Не знаю, каким я могу казаться миру, но самому себе я представляюсь ребенком, который играет на берегу и развлекается тем, что иногда отыскивает красивую раковину или камешек, более яркий, чем обычно, в то время как великий океан истины неисследованной расстилается передо мной.
Ньютон
Эта книга в конечном итоге посвящена специальной теории относительности. Чтобы понять ее содержание с чисто формальной точки зрения, достаточны знания в объеме восьми-девяти классов средней школы. Но фактически для чтения необходимы и известная привычка к абстракции и довольно напряженное внимание. Поэтому книга, возможно, покажется трудной и утомительной и для человека со средним образованием.
Однако поскольку изложение неоднократно прерывается общими рассуждениями, различными примерами и аналогиями, поскольку почти все утверждения декларируются, но не доказываются, – очевидно, получилось нечто, что следует отнести к научно-популярному произведению.
В мировой литературе есть немало популярных книг, посвященных теории Эйнштейна. Некоторые из них написаны крупнейшими учеными. Автор же должен с законным сожалением заметить, что не принадлежит к их числу. И неужели он надеется, что этот его очерк кое в чем выгодно отличается от остальных популярных изложений теории относительности?
Ведь в нем нет почти ни одного примера, соображения, факта или обобщения, которые не были бы целиком взяты у других.
Мало того, план рассказа, основная идея его построения также заимствованы.
Все же одно обстоятельство, может быть, можно рассматривать как достоинство книги: автор использовал много различных источников, попытавшись отобрать то лучшее, что есть в различных работах, и «творческое лицо автора» проявилось только в оценке уже написанных книг.
Таким образом, как принято говорить в подобных случаях, личной собственностью автора являются только ошибки.
Такой метод творчества, вообще говоря, не нов, однако автор проводил его исключительно последовательно и неуклонно.
Впрочем, суметь выбрать из разных источников лучшее – весьма почетная и благородная задача, и я буду по-настоящему рад, если читатель признает, что в какой-то мере она выполнена.
Остается сказать, ради какой цели написано все дальнейшее.
Стиль и характер любого рассказа (даже если вы просто пересказываете чужие мысли), естественно, во многом зависят от личного отношения к нему рассказчика.
Этот очерк целиком продиктован восхищенным удивлением. И это чувство, чувство преклонения перед настоящей наукой и настоящими учеными, восхищенное удивление перед силой человеческого разума мне и хотелось передать.
Я очень боюсь показаться сентиментальным и меньше всего хотел бы оказаться в позе поучающего, но, по-моему, это хорошее чувство.
Если вы наберетесь терпения и прочитаете все дальнейшее, может быть, вам станет несколько ближе психология ученого, и вы почувствуете в какой-то мере, какая замечательная вещь физика! И тогда, надеюсь, вы простите автору все недостатки, которых, смею уверить, найдется немало.
Вполне естественно поинтересоваться: какое отношение все только что сказанное имеет к теории Эйнштейна?
Самое непосредственное. Теория относительности, пожалуй, самый красивый пример работы физиков. А поскольку автор несколько связан именно с физикой, он, естественно, считает, что физика самая замечательная из наук. И поэтому понятно, почему мне хотелось рассказать именно о теории относительности.
Есть, впрочем, еще одна причина.
Теории Эйнштейна парадоксальным образом «не повезло». Революционна роль ее не только в коренном изменении чисто физических взглядов. Не менее важная сторона дела в том, что после Эйнштейна в физике совершенно немыслимо использование «самоочевидных» понятий, терминов и утверждений, которые так часто при непосредственном анализе оказываются бессодержательными. А завораживающая магия красивых словосочетаний настолько сильна, что в известной степени гипнотизировала даже физиков, пока не пришел Эйнштейн.
И вместе с тем нет другой такой физической теории, вокруг которой нагромождалось бы столько бессмысленных слов. Особенно это относится к представлению о ней в широких кругах нефизиков.
Теория Эйнштейна окутана тяжелым туманом вздорных философских построений, сенсационных выводов, нелепыми возражениями и столь же нелепыми восхищенными толкованиями. Короче – всем тем, что Л. И. Мандельштам классически четко определил, как «непонятное философствование о непонятных вещах».
И наша непосредственная задача – по возможности строго разобраться в чисто физическом содержании теории, не занимаясь обсуждением тех проблем, ясное объяснение которым в нашей беседе дать нельзя.
В частности, я с тяжелым сердцем отказался от возможности поговорить об общей теории относительности.
Прошу оценить эту жертву, ибо нет ничего приятней, чем порассуждать о непонятном и тем «свою образованность показать».
Но непонимание теории Эйнштейна широкими кругами нефизиков, по моему подозрению, в основном связано даже не с трудностью самой теории. Главная причина в том, что основы классической механики Ньютона (не говоря уже о классической теории электромагнетизма) так же загадочны для неспециалистов, как самые сложные и абстрактные построения современной науки. Причем самое печальное, что, когда речь заходит о механике Ньютона, есть иллюзия понимания, поскольку механика включена в курс средней школы. Эта иллюзия, вероятно, и приводит к очень распространенному мнению, что современная физика в отличие от физики XIX века недоступна непосвященным. И отсюда естественный вывод: «Наука в наши дни сложнее, чем раньше».
Но идейная сторона физики Ньютона не проще (если не сложнее) теории Эйнштейна. Автору кажется, что во все времена физика была достаточно сложна. И поэтому, прежде чем говорить об Эйнштейне, необходимо проследить тот путь, который привел к теории относительности. А с другой стороны, настоящее уважение к ученым может появиться только в том случае, если хоть в малой степени представить, как тяжелы их поиски.
Наконец, последнее замечание. В физике нельзя принимать на веру ничьи слова, даже слова Эйнштейна или Ньютона. Утверждая, что вы убеждены в справедливости какого-нибудь положения только потому, что оно принадлежит величайшему физику нашего времени – Эйнштейну, вы нанесете, пожалуй, худшее оскорбление его памяти. Поэтому любое замечание в нашей беседе, а, вероятно, встретится много непривычного и нового даже в тех вопросах, которые обычно считают совершенно ясными, следует принимать очень осторожно.
Вообще при более основательном знакомстве с физикой, естественно, может возникнуть чувство некоторой подавленности.
Вы видите, как изящны, законченны физические теории, вас увлекает безукоризненная и строгая логика авторов этих теорий, вы невольно попадаете под влияние чужой мысли или, что значительно печальней, чужого авторитета.
Вы перестаете думать и начинаете цитировать. Очень часто этому процессу сопутствует бессознательное убеждение, что все существенное в науке уже сделано, даже если на словах вы признаете обратное. Мысль перестает работать, и со временем привычное все более охотно принимается за истинное.
Поучения вряд ли могут рассеять подобные настроения. Предмет нашего разговора – теория относительности – лучший пример вечной незаконченности науки. И может быть, к концу вы увидите, что исполненные гордого смирения слова Ньютона, взятые эпиграфом, не просто красивая фраза.
В своей работе автор в наибольшей степени использовал труды и идеи замечательных советских ученых Л. И. Мандельштама и С. И. Вавилова.
Мне очень хочется верить, что не будет дерзостью посвятить этот скромный очерк их памяти.
Глава I,
всецело посвященная тому, кто начинал
Мы даем здесь основания учения совершенно нового о предмете, столь же древнем, как мир. Движение есть явление, по-видимому, всем знакомое, но, между тем, несмотря на то, что философы написали об этом предмете большое количество толстых томов, важнейшие свойства движения остаются неизвестными… Мы покажем все это, и наша работа послужит основанием науки, которую великие умы разработают обширнее.
Галилей
Галилей. Принцип относительности
«Я склоняю свои колени перед достопочтенными генерал-инквизиторами, прикасаюсь к святому евангелию и заявляю, что я верю и буду впредь верить всему тому, что признает истинным и чему учит церковь.
Мне запрещено было святой инквизицией верить или учить ложному учению о движении Земли и покое Солнца, потому что оно противоречит священному писанию. Несмотря на это, я написал и даже издал книгу, в которой я излагаю это проклятое учение и привожу сильные доводы в его пользу. Потому меня заподозрили в ереси.
Дабы рассеять у каждого христианина-католика это справедливое подозрение, я отрекаюсь и проклинаю упомянутые заблуждения и ереси, а также вообще всякое другое заблуждение и мнение, идущее вразрез с учением церкви. В то же время я клянусь в будущем никогда не высказывать ни устно, ни письменно чего-нибудь такого, что могло бы вызвать против меня подобное подозрение. И наоборот, я обязуюсь немедленно сообщить святому судилищу, если я где-нибудь встречу ересь или буду предполагать ее наличие».
Эти покаянные и благонамеренные слова, произнесенные Галилео Галилеем 22 июня 1633 года, в приличествующей случаю обстановке, на коленях и в рубище, с внешней стороны явились как бы итогом его жизненного пути.
Оставшиеся ему девять лет он проводил почти в полном уединении (причем на всякий случай под домашним арестом), и специальный интердикт «раба рабов божьих» – святейшего Урбана VIII запрещал ему печатать какие-либо труды.
К сожалению «власть предержащих», интердикт был нарушен. В 1638 году в Нидерландах, где, как известно, процветала проклятая богом и людьми протестантская ересь, издается основной труд Галилея, действительный итог его жизни – «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки…»
Несколько растянутое описание времен Галилея – эпохи Возрождения.
Галилео Галилей – продолжатель обедневшего, но знатного дворянского рода флорентийских нобилей – родился в Пизе в 1564 году.
Уже примерно столетие, как тесный мир средневековья удивительным образом расширился. Португальские, испанские, а теперь английские и голландские корабли бродят по Mare incognitum[1]1
Mare incognitum – Море неизвестности (Неведомое море).
[Закрыть] в поисках золота, пряностей, слоновой кости, рабов, эльдорадо – источника вечной жизни и всех мыслимых и немыслимых возможностей молниеносного обогащения. Каждое плавание – прыжок в неизвестность. А потому вторым, а иногда и первым лицом на корабле является штурман («пилот»). Он обязан разбираться в «портуланах» и «периплах»[2]2
«Портуланы» и «периплы» – компасные морские карты и лоции.
[Закрыть], вести счисление пути и по звездам (ибо другого выхода нет) определять место корабля. Каждый моряк и, что еще важнее, снарядивший его корабль купец (а купцов становится все больше) заинтересованы в том, чтобы его снабдили наилучшими картами и инструментами, ибо все уже понимают: от них успех плавания зависит не меньше, чем от мореходных качеств корабля. Отчасти поэтому математики и астрологи (астрономы) считаются уважаемыми и достойнейшими мужами.
Моряки в случае успеха иногда получают деньги, славу и титулы. Иногда не получают ничего. Но торговые дома в итоге всегда получают прибыль.
Возникает торговый, а затем мало-помалу и промышленный капитал, – возникает буржуазия, и все более расшатываются сонные уклады феодальной Европы.
Перемен не смогла избегнуть и церковь. Католические обряды и молитвы чересчур сложны и, главное, слишком дороги. Нужна «дешевая церковь».
И вот торжествует лютеранство в Германии и в Скандинавии, кальвинизм – в Швейцарии, в Голландии, в Англии. Религиозные войны сотрясают Францию.
Новому классу необходимы и новые идеи и новая наука, которая давала бы практические результаты. Вера в авторитеты подорвана – ведь многие утверждения ученейших мужей, даже освященные авторитетом Рима, оказались на поверку чистейшим вздором. Воистину наступает на редкость «смутное и проклятое время», кое-кто (таких, правда, страшно мало) начинает сомневаться даже в самом бытии всевышнего.
Как в старой сказке про ученика чародея, погибшего от им же вызванных духов, новая эпоха порождает идеи куда более революционные, чем ей по плечу. И надо сказать, что католическая церковь – а власть ее все еще беспредельно велика – очень быстро и резко реагирует на новую ситуацию.
Несколько слов о церкви и ее «научных» методах.
Впрочем, когда речь идет о ереси, реформаторы вполне солидарны с католиками, и костры в Риме и Женеве складываются из одинаковых поленьев. Особенно часто они пылают в «любимых чадах» Рима – Испании, Португалии и Италии.
И всякий христианин-католик слишком хорошо осведомлен об этом.
Но дело не только в том, что, восставая против общепринятых взглядов, ученый должен иметь в виду и такой неопровержимый научный аргумент, как «очищающее душу, по возможности кроткое, без пролития крови» отправление к предвечному.
Отшлифованная веками, продуманная и отточенная, всецело подчиненная Риму, система воспитания с детских лет прививает слепое поклонение авторитету и цитате. Метод изучения любого нового явления изумительно ясен: следует отыскать в текстах отцов церкви соответствующее место. Если же явление противоречит текстам – его не существует.
«Этот род людей полагает, – раздраженно пишет Кеплеру Галилей, – что философия – какая-то книга, как „Энеида“ или „Одиссея“; истину же надо искать не в природе, а путем сличения текстов… Они пытались логическими аргументами, как бы магическими прельщениями, отозвать и удалить с неба новые планеты».
И подобная система давала свои результаты. Страшно подумать, сколько талантливых людей растратило свою жизнь на толкование какого-либо туманного места Фомы Аквинского (а у святейших отцов подобных мест было предостаточно) или изучение такой, скажем, актуальной проблемы: каким образом произошло непорочное зачатие? Чтобы вырваться из цитатного плена схоластики, нужно обладать исключительно ярким умом. Но тогда…
Томмазо Кампанелла (1568–1639) – социолог, философ и астролог – «более страшная змея, чем Лютер и Кальвин», по категорическому заключению отцов-иезуитов, 27 лет провел в 50 различных тюрьмах, где его семь раз подвергали жесточайшим пыткам.
…Джордано Бруно – философ (1548–1600) – сожжен в Риме.
…Луиджи Ванини – философ (1585–1619) – злостнейший еретик, отрицавший, в частности, божественность Христа, повешен в Тулузе. Перед казнью ему вырвали язык; тело казненного сожгли, а прах развеяли по ветру.
…Нидерландский врач Везалий (1514–1564) – основатель научной анатомии – присужден к смерти испанской инквизицией.
…Испанский врач Сервет сожжен Кальвином в Женеве в 1553 году.
Можно долго продолжать этот жуткий реестр.
Мало кому из отступников суждено умереть своей смертью. Особенно тщательно за этим следит специально созданный для борьбы с ересью орден «Псов господних» – иезуитов.
Новый путь в науке, пожалуй, опаснее, чем дороги конквистадоров, ибо нет надежды на счастливый конец.
Казнь еретиков настолько обычное явление, что, например, смерть такого крупнейшего философа, как Джордано Бруно, сожженного при колоссальном стечении народа, почти не замечена современниками. Документальных свидетельств о его гибели крайне мало, и, как ни удивительно, существовала версия, что было сожжено его изображение, а сам Бруно остался жив.
Основная масса народа и даже просвещенные круги все еще полностью преданы церкви и находятся во власти самых диких суеверий. Ученые не составляют исключения. Нам почти невозможно представить, как в те времена причудливо уживались гениальные идеи рядом с поразительными нелепостями.
Многие все еще рассчитывают найти страну людей с песьими головами и остров Сирен. Во всяком случае, их существование охотно допускается.
Впрочем, вряд ли стоит активно иронизировать по этому поводу. Не зная ничего, ученые были готовы проверять все. Но перед нами – пусть предельно наивный, однако научный эксперимент.
Еще в конце XVII века на заседании Королевского общества в Лондоне серьезно проверяли, может ли паук выбраться из круга, сделанного из толченого рога носорога. Паук убегал, что и заносилось в протокол. А быть может, на следующем заседании Ньютон докладывал о своих работах.
Новой науки еще нет, и, пожалуй, основное – нет и нового метода, он только-только создается.
В науке же официальной все еще безраздельно царит Аристотель. Из его учения давно уже вычищено все, что может пробуждать самостоятельную мысль. Труды его тысячу раз прокомментированы и истолкованы.
Сам Аристотель, как совершенно «точно» известно, посмертно удостоен высшей награды – всевышний специальным указом избавил его от адских мук, которые были ему уготованы, как явному язычнику.
Почти приравнены к творениям отцов церкви его труды, и сомневаться в них (даже признавая истинным все священное писание) – очень и очень смахивает на ересь. А лавры еретика, напомним еще раз, слишком хорошо известны каждому христианину.
В этой приятной атмосфере и начинает Галилей.
Далее следует очень краткая история жизни Галилео Галилея.
Начало образования, конечно, монастырь. Он даже принят послушником в монашеский орден. Но, на счастье, отец забирает его домой, и духовная карьера Галилея прерывается. Надо думать, что его отец – обедневший флорентийский дворянин Винченцо Галилей – был, по существу, первым воспитателем ученого. Широко образованный, страстный поклонник музыки и математики, безусловно талантливый и интересный человек, он передал сыну свою любовь к науке и свой скептицизм по отношению к авторитетам.
Любопытная деталь – отцу принадлежит трактат о старой и новой музыке, написанный в форме диалога (в будущем – любимая литературная форма сына), в котором он, между прочим, весьма скептически характеризует цитирование авторитетов как высший довод в научных спорах. Подобные соображения по тем временем близки к крамоле.
По настоянию отца юноша начинает изучать медицину в Пизанском университете. Но дело не ладится, а физика Аристотеля, которую приходится скрупулезно штудировать, вызывает все более серьезные сомнения. И вообще Галилей не собирается быть медиком или физиком – он мечтает о карьере художника.
Снова вмешивается отец. По его совету сын изучает работы Архимеда и Эвклида. И Галилей быстро забывает о своем «призвании»: отныне и до конца дней своих он будет принадлежать физике.
Есть великолепный портрет Галилея в старости. С него глядит на нас не хрестоматийный старец, мученик инквизиции, терзаемый последние годы угрызениями совести. Умное, властное, суровое лицо человека, который прожил нелегкую и сложную жизнь, подчиненную одной идее.
С юных лет – покровители, без которых ученый той эпохи подобен моряку без компаса. Первый – маркиз дель-Монте, сам крупный ученый, бескорыстно восхищавшийся талантом юноши. В дальнейшем покровителей придется добывать при помощи интриг и унизительной лести.
Еще молодым он привыкнет держать свои мысли при себе. Слишком памятна история в Пизе… Сначала всеобщее возмущение «научных кругов» его критикой Аристотеля. Потом повод – резкий отзыв о нелепом проекте одного из многочисленных побочных сыновей его законного государя Козимо Медичи I – и его выгоняют с кафедры.
После этого восемнадцать лет Галилей ведет кафедру в Падуе. Его взгляды уже определились. Он давно знает, что физика Аристотеля несостоятельна; он знает и то, что учение Коперника истинно. Почти все, что появится через тридцать лет в «Диалоге о двух главнейших системах мира», уже готово. Но он продолжает читать лекции, придерживаясь Птолемея, а результаты своих трудов сообщает только друзьям. Он пишет Кеплеру (1597 год!):
Письмо, которое стоит прочесть.
«Я счастлив, что в поисках истины нашел столь великого союзника. Действительно, больно видеть, что есть так мало людей, которые стремятся к истине и готовы отказаться от превратного способа философствования. Но здесь не место жаловаться на печальное состояние нашего времени, я хочу лишь пожелать тебе удачи в твоих замечательных исследованиях. Я делаю это тем охотнее, что уже много лет являюсь приверженцем учения Коперника. Оно объяснило мне причину многих явлений, совершенно непонятных с точки зрения общепринятых взглядов. Я собрал множество аргументов для опровержения последних, но я не решаюсь их опубликовать. Конечно, я сделал бы это, будь больше таких людей, как ты. Но так как этого нет, я держу себя осторожно».
И все же временами он срывается. В 1604 году резкая стычка со схоластами по поводу новой звезды, появление которой противоречило учению Аристотеля о неизменности сферы неподвижных звезд. Настораживают и его отдельные сомнительные высказывания. Подозрительны и лекции, читаемые не на традиционной латыни, а на родном итальянском.
Репутация Галилея как благонамеренного католика явно не на высоте. И он предусмотрительно запасается высокими покровителями. Светлейший великий герцог Тосканский – его признательный ученик (а он его «первый философ и математик», «почтительнейший и преданнейший слуга и вассал»). Будущий папа Урбан VIII – кардинал Барберини – его личный друг, которому он посвящает свои работы.
Он живет среди интриг, споров о приоритете, нелепых возражений, чаще всего среди полного равнодушия и непонимания.
«Когда я через мою трубу хотел показать профессорам Флорентийской гимназии спутников Юпитера, то они отказались посмотреть и на них и на трубу…»
Все время приходится быть настороже. И все время он напряженно работает, работает до последних дней.
Тяжко больной, разбитый физически и морально, отрекшийся и осужденный, он заканчивает труд своей жизни «Беседы» и почти ослепший (!) ведет астрономические наблюдения. «Я хоть и молчу, но провожу время не совсем праздно», – как всегда, очень сдержанно напишет он в эти годы.
Десятилетия унизительной борьбы с невеждами наложили на Галилея свою печать. Он резок, замкнут, пожалуй, даже угрюм. Часто цинично насмешлив. Он уважает и ценит очень немногих и весьма нелестно отзывается о роде человеческом: «Число дураков бесконечно».
С годами он привык умело уклоняться и от светской болтовни о науке с титулованными «любителями» и от дискуссий с окружающими его бесчисленными «докторами зубрежки» (его собственное определение).
Но он не совсем одинок. Узкий круг друзей и ученики, которые боготворят своего учителя, – обетованный островок в море невежества. В этом обществе он не брюзгливый старец, не льстивый и искушенный царедворец, он тот, кто он есть, – гуманист, смелый тонкий мыслитель и всегда и прежде всего гениальный физик, влюбленный в свою науку.
Ученики, кстати, окажут ему позднее плохую услугу. Преклонение их так велико, что они сильно приукрасят его биографию, и многому, о чем они сообщат, попросту нельзя верить.
Его интересы широки. Он блестящий знаток античного и современного искусства и сам в часы отдыха слагает сонеты. В его книгах рассыпаны ссылки на поэтов, остроумные примеры, и, помимо всего, он создает новый жанр – научно-популярную литературу.
Но когда речь идет о работе, в нем нет ничего от поэта: точно, сухо и непредвзято он исследует факты и только факты, сдерживая полет фантазии. Проходят годы, прежде чем он сформулирует выводы.
Являя собой полную противоположность сверкающему фантазеру Джордано Бруно, которого так любят с ним сравнивать, исповедовавший одну религию – истину, Галилей обладал, на мой взгляд, не меньшим личным мужеством.
Вот таким представляется человек, о котором лучше всего сказал Лагранж:
«Открытие спутников Юпитера, фаз Венеры, солнечных пятен и т. д. потребовало лишь наличия телескопа и некоторого трудолюбия, но нужен был необыкновенный гений, чтобы открыть законы природы в таких явлениях, которые всегда пребывали перед глазами, но объяснение которых тем не менее всегда ускользало от изысканий философов».
Нечто вроде предисловия ко второй половине этой главы.
У нас нет возможности, да это и не входит в наши задачи, сколько-нибудь подробно исследовать творчество Галилея, и дальнейшие страницы никоим образом не нужно расценивать как творческую биографию.
Даже простое перечисление работ Галилея заняло бы слишком много места, и о подавляющем числе научных результатов не будет даже упомянуто. Очень кратко мы коснемся только одной, правда, самой важной стороны творчества Галилея – анализа законов движения. Той работы, которая и поныне заставляет ученых поражаться его необыкновенным гением.
Еще одно маленькое отступление, и мы перейдем к сути дела.
Лучше всего понять гений Галилея можно, сопоставив его с Эйнштейном. Основные идеи Эйнштейна ничуть не сложнее и не парадоксальнее тех, которые выдвинул Галилей.
Кстати, о привычных представлениях. Разве легко поверить (именно поверить!), что на каждый квадратный сантиметр нашего тела воздух (?!) давит с силой в 1 килограмм?
Но если идеи Галилея кажутся большинству людей нашего времени понятными и простыми, то взгляды Эйнштейна требуют известного напряжения мысли. Это естественно. С детских лет мы воспитываемся в духе классической физики, а люди с большим трудом изменяют привычные представления.
Поэтому лучше всего постараться как бы забыть все, что мы знаем, и спокойно делать выводы из тех фактов, которые мы находим в «самой великой книге – природе», как любил говорить Галилео Галилей.
Итак, движение. Причина движения, безусловно, сила. Телега не едет, если в нее не впряжены лошади.
Внимание! Небольшая мистификация.
Если в телегу впрячь четырех лошадей, то они повезут ее быстрее, чем две. Отсюда вывод: чем большая действует сила, тем больше скорость.
Далее, если выпрячь лошадей, телега остановится. В этом нас убеждает повседневный опыт. Следовательно, для поддержания скорости всегда требуется сила. А чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, к нему должна быть приложена постоянная по величине и направлению сила.
Не стоит торопиться с улыбками. Вы сразу увидели ошибочность теории движения Аристотеля только потому, что с шестого класса помните законы механики, которые получили, что называется, даром.
И все же позволю себе предположить, что вы тем не менее обмануты. Вряд ли кто-либо обратил внимание на то, что были использованы такие понятия, как «равномерное и прямолинейное движение» и «постоянная по величине и направлению сила». А ведь, употребив эти слова, мы сказали либо очень многое, либо ничего. По существу, анализ этих понятий должен привести к вполне определенному взгляду на пространство и время. Можно возразить, что такие вещи, как пространство, время и сила, определять незачем – это самоочевидные категории и понятия. Но… самые глубокие заблуждения в науке возникают обычно тогда, когда что-либо считается самоочевидным.
Несколько забегая вперед, скажем: великая заслуга Эйнштейна именно в том, что он показал, что даже в конце XIX столетия у физиков не было ясного представления о таких «очевидных» понятиях, как время.
Довольно существенное назидательное замечание.
Однако оставим пока вопрос о времени.
Как опровергнуть Аристотеля? Как нельзя оценить обед, не пообедав, точно так же нельзя опровергнуть (или утвердить) физическую теорию, не прибегнув к эксперименту. И Галилей первый в средневековой Европе понял это с предельной ясностью и глубиной.
Конечно, не стоит преувеличивать – подобные взгляды высказывались и до него. Уже легендарный Парацельс[3]3
Теофраст Бомбаст Парацельс – виднейший врач и химик средневековья.
[Закрыть] чеканно сформулировал: «Теория, не подтвержденная фактами, – все равно, что святой, не сотворивший чуда». Но Галилей был первым, во всяком случае в физике, кто незыблемым принципом своего творчества положил изучение и анализ эксперимента, практики. И на этом пути он обнаружил ошибку Аристотеля. Галилей не доверяет словам. Он ставит опыты.
Сравнительно легко он находит, что за равные отрезки времени свободно падающее тело проходит все возрастающие отрезки пути и что постоянная сила – вес тела (хотя ясного представления о силе у Галилея нет) приводит к равноускоренному движению.
Правда, чтобы точно измерять малые отрезки времени (доли секунды), ему понадобилось создать совершенно новый для того времени вариант водяных часов, что он и делает с замечательным остроумием. Да и вообще ему не раз приходилось преодолевать чисто экспериментальные трудности подобного рода. Предшественников нет: первооткрывателем приходится быть во всем. Но в конце концов эта часть работы требовала всего лишь исключительного упорства и замечательной изобретательности.
Значительно труднее сделать совершенно неожиданное и неочевидное обобщение: если бы отсутствовало сопротивление воздуха, «то все тела падали бы одинаково, то есть с одинаковой скоростью при равных высотах падения… двигаясь при этом равномерно ускоренно так, что в равные промежутки времени скорость возрастает на равные величины». Иначе говоря, Галилей подмечает, что полученные цифры приводят к так хорошо известному в наши дни каждому восьмикласснику закону изменения скорости падения, как функции времени падения, V = g · t.
Говоря о Галилее как о физике-теоретике, стоит отметить два момента.
Во-первых, он не блуждает в бесконечных поисках причины явления, что было характерно для школы Аристотеля. (По существу, он принимает метод принципов Ньютона, речь о котором впереди.)
Действительно, Галилею не известно ничего о законе тяготения, он не владеет, по существу, понятием силы, он не знает, почему Земля притягивает все тела, сообщая им одинаковое ускорение. Галилей прежде всего ставит вопрос: как происходит явление? И ответ ищет в анализе опытов.
И во-вторых, гениальная интуиция позволяет Галилею учесть и отбросить все побочное, нехарактерное и выхватить основное при анализе наблюдаемого явления.
Так, изучая падение тел, он учитывает не только сопротивление воздуха, но и эффекты, обусловленные законом Архимеда. Он прямо указывает: «При падении тела в какой-нибудь среде надо иметь в виду, что на тело действует не полный его вес, а лишь избыток веса над весом вытесненной жидкости или среды».
Переход от опыта к теоретическому обобщению – обычно самый трудный этап. Физику никогда не доводится изучать явление в «чистом виде». Можно сказать, что он обычно оказывается в положении фотографа, рассматривающего снимок, на котором отпечатано сразу несколько негативов. История науки знает сотни примеров, когда ученые пропускали открытия только потому, что не понимали, что они наблюдают. И именно в анализе результатов проявляется полностью талант Галилея.
