Кулькин, Анатолий Михайлович

21:41
Галилей и научная революция ХVII века

Галилей и научная революция ХVII века

 

По мнению А. Койре, нужно принять как факт, что современная физика имеет свой пролог и эпилог в астрономии. Эта теснейшая связь физики и астрономии имеет место на протяжении всей истории этих наук. Великие открытия или великие революции в астрономических теориях всегда были связаны с открытиями или модификациями в физических теориях. Но и революция в физике предполагает коренной пересмотр космологических понятий и принципов. Действительно, создание новой физики связано в первую очередь с преодолением античной и средневековой концепции Космоса как иерархически упорядоченного целого, различные части которого (а именно «Небо» и «Земля») подчинены неодинаковым законам, и заменой ее концепцией бесконечного Универсума, связанного в единое целое через тождество фундаментальных законов, которым он (Универсум) подчиняется. Связь физики и астрономии легко обнаруживается в астрономических теориях древних греков. Почему гелиоцентрическая система Аристарха Самосского не получила признание в античности и в средние века? Часто говорят, что идея движения Земли противоречила религиозным воззрениям греков. По мнению А. Койре, здесь имели место совсем другие основания, которые, начиная с Аристотеля и Птолемея и вплоть до Коперника, противопоставлялись всякой негеоцентрической гипотезе: это неопровержимость физических возражений против движения Земли[1]. Для античной физики вращение Земли в пространстве казалось и должно было казаться противоречащим неоспоримым фактам и ежедневному опыту, т.е. оно представлялось как физически невозможное положение вещей. Существовала и другая причина, препятствующая принятию теории Аристарха, – это непомерно огромная величина его Универсума. Хотя греки и допускали, что Универсум по сравнению с Землей был достаточно большим – даже очень большим, – тем не менее его размеры, постулированные гипотезой Аристарха, казались просто непостижимыми. Действительно, если бы Земля вращалась вокруг Солнца, то, по мнению Птолемея и его сторонников, этот факт легко можно было бы обнаружить благодаря видимому смещению неподвижных звезд (параллаксу). А поскольку греки не наблюдали звездных параллаксов, постольку они были убеждены в неподвижности Земли. В то же время они не могли допустить той мысли, что именно огромные размеры Вселенной делали наблюдение звездных параллаксов практически невозможным. Однако спустя много веков гелиоцентрическая система Аристарха была возрождена в учении Коперника, которое произвело подлинную революцию в науке. Сейчас очень трудно понять мотивы, которыми руководствовался Коперник, создавая свою систему. Но, несомненно, считает А. Койре, что одним из таких мотивов было наличие в системе Птолемея явного разрыва между астрономией математической и астрономией физической. Между тем как философы и космологи продолжали считать, что небесные тела движутся благодаря равномерным движениям небесных сфер, астрономы-математики утверждали, что они не рассматривают проблемы физики и что их цель состоит в определении положения планет, не вникая в механизм изменения этих положений.

А. Койре особенно настаивает на феноменологическом характере птолемеевской системы. В ряде своих статей он подчеркивает, что позитивизм как направление в методологии науки родился в греческой астрономии и его лучшее выражение – это система Птолемея. Позитивизм, пишет А. Койре в своей поздней работе «Истоки современной науки», был понят и развит не парижскими номиналистами ХIII в. как полагает П. Дюгем, а греческими астрономами, которые, выработав и усовершенствовав метод научной мысли – наблюдение, гипотетико-дедуктивную теорию и наконец ее верификацию посредством новых наблюдений, – были не в состоянии проникнуть в сущность подлинных движений небесных тел[2] и потому ограничились чисто формальным описанием наблюдаемых данных. «Я думаю, – пишет А. Койре, – что Птолемей решился на подобный разрыв между астрономией физической и астрономией математической потому, что он верил в астрологию и что с астрологической точки зрения было бесполезно знать, как именно физически планеты достигают данного места на небесном своде»[3]. Для Коперника именно невозможность физического, механического объяснения движения планет в системе Птолемея казалась совершенно недопустимой. По словам его ученика Ретика, большое преимущество новой астрономии состояло в том, что она нас снабдила единым образом космической реальности, а не двумя образами – образом философов и образом математиков-астрономов. Более того, этот новый образ упрощал общую структуру Универсума, позволяя объяснить данные наблюдения, касающиеся различных планет, посредством одного фактора – двоякого движения Земли в пространстве.

Как Коперник пришел к своей концепции? По мнению А. Койре, при объяснении этого вопроса мало учитывать лишь строгую логику научных идей. Чтобы понять эволюцию идей следует также иметь в виду и внелогические факторы. Он полагает, что одним из решающих факторов, определивших великую астрономическую реформу, были эстетические или метафизические соображения. Солнце казалось Копернику разумом, который управляет миром. Это светило находится в центре Универсума, который оно освещает. Коперник об этом говорит совершенно недвусмысленно, и нет никаких оснований не верить его поклонению Солнцу[4].

Влиянием вненаучных факторов А. Койре объясняет также астрономические открытия Кеплера. Он пишет, что Кеплера глубоко вдохновляла идея гармонии, идея, что Бог организовал мир согласно законам математической гармонии. Что же касается соответствующих мест, которые он приписывает Солнцу и Земле, то здесь он, безусловно, коперниканец и делает это по тем же соображениям, что и Коперник. Для Кеплера Солнце представляет Бога. Это видимый бог Универсума, символ Бога-творца, который воплощается в созданном Универсуме и поэтому находится в центре его. Именно на этой метафизической основе Кеплер строит свою научную концепцию, которая по своим целям и результатам далеко превосходит концепцию Коперника. Действительно, цель, которую преследовал Кеплер, была значительной и весьма современной: он хотел восстановить или, точнее, установить единство научной концепции мира, единство между физикой и астрономией. Так, великое астрономическое творение, фундаментальный труд Кеплера, посвященный планете Марс, называется «Новая астрономия или небесная физика»[5]. Рассуждение Кеплера, опирается на идею каузального объяснения. Если Солнце находится в центре мира, то необходимо, чтобы движения планет были упорядочена относительно него не только геометрическим и оптически способами, но также и физическим и динамическим способами. Усилия Кеплера были направлены, следовательно, не только на создание астрономической концепции, позволяющей упорядочить и «звать» наблюдаемые феномены, но также и на создание физической концепции, позволяющей объяснить посредством физических причин реальное движение небесных тел. В предисловии к «Новой астрономии» он настаивает на необходимости объединения физики небесной и физики земной, на факте, что Солнце не просто центр мира, не имеющий отношения к механизму движения планет, но что, напротив, оно оказывает физическое влияние на движение небесных светил.

Если бросить общий взгляд на эволюцию астрономической мысли, пишет далее А. Койре, то она с самого начала была направлена на открытие реальной упорядоченности в движении небесных тел, скрытой за видимым беспорядком. Для этого греки воспользовались единственным математическим и физический средством, которое позволяло им состояние научных знаний той эпохи,–идеей естественного кругового движения. Отсюда с необходимостью следовало объяснение видимых движений небесных тел посредством суперпозиции круговых движений. Поражение Птолемея привело к необходимости преобразования самой физики, и астрономии удалось добиться успеха, лишь опираясь на новую физику[6].

Можно также рассмотреть эволюцию астрономических учений с точки зрения представлений о размерах Универсума. Как уже отмечалось выше, греческий Универсум (Космос) имел ограниченные размеры. Он был, конечно, недостаточно большим для того, чтобы поместить в нем Землю, вращающуюся вокруг Солнца. Концепция ограниченного Универсума, Универсума видимого, вполне естественна: мы видим небесный свод, мы можем его мыслить находящимся очень далеко, но в высшей степени трудно допустить, что его нет и что звезды беспорядочно и бессмысленно распределены в пространстве на невероятных расстояниях друг от друга.

Возражения против бесконечности и даже против неограниченного расширения Универсума встречаются на протяжении всей истории астрономии. Так, Тихо Браге возражает Копернику на том основании, что в его системе расстояние между Солнцем и звездами минимум в 700 раз превышает расстояние между Солнцем и Землей – факт, который казался ему абсолютно неприемлемым.

Руководствуясь аналогичными соображениями, Кеплер, который допускает орбитальное движение Земли и который, следовательно, вынужден расширить размеры нашего Универсума, чтобы объяснить отсутствие параллаксов у неподвижных звезд, все-таки не может допустить бесконечности мира. Небесный свод, или наш небесный мир, остается для него необходимо конечным. Он очень велик, его диаметр в 6 миллионов раз превышает земной диаметр, но он конечен. Бесконечность мира представляется ему метафизически невозможной.

Джордано Бруно, пишет А. Койре, едва ли не единственный, кто принимает идею бесконечности мира. Но именно Бруно не является ни астрономом, ни ученым; это философ, видение мира которого опережает науку его времени. И лишь начиная с Ньютона, эта идея утверждается в науке благодаря классической физике, которая постулирует бесконечность Универсума и тождество реального пространства с пространством геометрическим. Общий вывод, к которому приходит А. Койре, состоит в том, что невозможно «установить и выработать земную физику или, по крайней мере, земную механику, не развивая в то же время механику небесную»[7].

 Современная физика, которая ведет свое начало с трудов Галилея и находит свое завершение в трудах Альберта Эйнштейна, рассматривает закон инерции в качестве наиболее фундаментального физического закона, фактически, именно Декарт, а не Галилей первым полностью понял его смысл и значение. И однако Ньютон не был совсем неправ, приписывая Галилею заслугу его открытия. Действительно, хотя Галилей нигде ясно не сформулировал принцип иерархии, его механика имплицитно основана на нем. И лишь его колебания относительно некоторых крайних следствий его концепций движения, колебания, связанные с необходимостью полностью и радикально отбросить данные опыта в пользу столь ненадежно установленного теоретического постулата, – все это помешало ему сделать последний шаг на пути, который вел от конечного Космоса греков к бесконечному Универсуму современной науки.

Принцип инерции очень прост. Он утверждает, что тело, предоставленное самому себе, остается в состоянии покоя или движения до тех пор, пока на него не подействует какая-нибудь внешняя сила. Другими словами, покоящееся тело будет оставаться вечно в покое, если только оно не будет приведено в движение. И движущееся тело будет продолжать двигаться прямолинейно и равномерно до тех пор, пока какая-нибудь внешняя сила не воспрепятствует этому.

Принцип движения по инерции кажется нам совершенно ясным, правдоподобным и практически очевидным. Никто, считаем мы, никогда не думал иначе. Однако это не так. Этот принцип стал очевиден для нас благодаря Галилею и Декарту, тогда как для греков и людей средневековья он должен был казаться и казался совершенно ложным и даже абсурдным. Этот факт может быть объяснен, если мы признаем, что все эти «ясные» и «простые» понятия, лежащие в основе современной науки, сами по себе не столь уж ясны и просты. Они становятся таковыми лишь в составе определенной совокупности понятий и аксиом.

Это, в свою очередь, позволяет понять, почему открытие таких, казалось бы, простых законов, каковыми, например, являются фундаментальные законы движения, потребовало столь значительных усилий наиболее глубоких умов человечества. Трудность заключалась не только в том, чтобы открыть или установить эти простые и очевидные законы, но в том, чтобы создать сами рамки мышления, которые сделали бы эти открытия возможными. Они должны были, замечает А. Койре, с самого начала реформировать сам наш интеллект, снабдить его серией новых понятий, выработать новую идею природы, новую концепцию науки, иначе говоря, новую философию[8]. Таким образом, нам почти невозможно оценить значимость тех препятствий, которые они должны были преодолеть, чтобы установить эти законы. Дело в том, что мы слишком хорошо знаем понятия и принципы, образующие базу современной науки, или, точнее, мы слишком к ним привыкли.

Галилеевское понятие движения (так же, как и понятие пространства) кажется нам настолько естественным, что мы верим даже в то, что закон инерции происходит из опыта и наблюдения, хотя совершенно очевидно, что никто никогда не юг наблюдать движение по инерции по той простой причине, что такое движение абсолютно невозможно.

В равной степени мы настолько привыкли к использованию математики при изучении природы, что не отдаем себе отчета в дерзости утверждения Галилея, что книга написана на языке геометрических фигур так же, как мы не сознаем парадоксального характера его решения трактовать механику в качестве ветви математики, т.е. решения заменить реальный мир ежедневного опыта гипостазированным геометрическим миром и объяснить действительное через невозможное. В современной науке, пишет А. Койре, реальное пространство идентифицируется с пространством геометрии, а движение рассматривается как чисто геометрическое перемещение из точки в точку. Вот почему движение никоим образом не влияет на тело. Состояние прямолинейного равномерного движения или покоя не производит никакого изменения в теле. Независимо от того, находится тело в покое или в движении, оно остается тождественным самому себе. И как таковое оно безразлично к тому и другому. Следовательно, мы не можем приписать движение телу, рассматриваемому изолированно от других тел. Тело находится в движении лишь посредством отношения к другому телу, которое мы предполагаем покоящимся. Вот почему мы можем приписать его любому из этих двух тел ad libitum. Подобно тому, как движение не влияет на движущееся тело, данное движение не оказывает никакого влияния на другие движения, которые рассматриваемое тело могло бы иметь за одно и то же время. Таким образом, тело может обладать неопределенным числом движений, которые комбинируются в соответствии с чисто геометрическими законами, и, наоборот, данное движение может быть разложено, согласно этим же самым законам, на неопределенное число составляющих его движений[9]. Исходя из этих допущений, движение должно рассматриваться как состояние (etat), а покой как другое состояние, противоположное первому. Чтобы состояние движения данного тела привести в состояние покоя и наоборот, требуется сила.

Отсюда следует, что тело не нуждается больше в силе или причине для сохранения своего прямолинейного и равномерного движения, точно так же как оно в этом не нуждается для сохранения покоя.

Принцип инерции, следовательно, предполагает: а) возможность изолировать данное тело от всякого физического окружения и рассматривать его существующим просто в пространстве, б) концепцию пространства, которое идентифицировано с гомогенным бесконечным пространством евклидовой геометрии и в) концепцию движения и покоя, которая рассматривает их как состояния и помещает их на один и тот же онтологический уровень бытия. Лишь исходя из этих предпосылок, можно рассматривать принцип инерции как очевидный или, по крайней мере, приемлемый. И разве можно удивляться тому, пишет А. Койре, что эти концепции казались неприемлемыми и даже непонятными предшественникам и современникам Галилея. Нет ничего удивительного в том, что Галилей должен был приложить немало усилий, прежде чем ему удалось создать эту концепцию, и что великие умы, такие как Бруно и даже Кеплер, не сумели достичь этой цели. По существу, даже в наши дни описанную выше концепцию нелегко понять. Здравый смысл есть и всегда был, замечает А. Койре, по своей природе средневековым и аристотелевским.

С последним замечанием А. Койре трудно, однако, согласиться, в особенности если учесть, что здравый смысл невозможно отделить от общего мировоззрения людей, которое формируется на базе философских и научных представлений данной эпохи.

Обратимся теперь к фактам, пишет А. Койре. Выше уже было отмечено, что современная наука была рождена в тесном контакте с астрономией. По существу, она родилась в острой борьбе с теми физическими предрассудками, которые служили опорой традиционной астрономии. Эти аргументы в несколько модернизированном виде использовались затем и против учения Коперника. Аргументы противников гелиоцентрической системы состояли в следующем: 1) если бы Земля двигалась, то вследствие ее огромной скорости вращения все тела, не связанные жестко с ее поверхностью, были бы далеко отброшены мощными центробежными силами; 2) все тела, не связанные жестко с Землей или оторванные от нее – облака, птицы, предметы, брошенные вверх и т.п., неминуемо отставали бы от нее. Например, камень (или ядро), пущенный перпендикулярно вверх, никогда не упал бы на место, откуда он был брошен, поскольку за время его полета это место переместилось бы вместе с Землей.

Мы не должны смеяться над подобными аргументами, пишет А. Койре. С точки зрения аристотелевской физики они совершенно правильны. Чтобы опровергнуть эти аргументы, необходимо изменить физическую концепцию мира и выработать новое понятие движения.

По мнению А. Койре, ответ Коперника приверженцам аристотелевской физики был довольно слабым. Он пытался доказать, что следствия, выведенные из аристотелевской физики, верны лишь для случая «насильственного» движения, но не для случая движения Земли и принадлежащих ей предметов, поскольку для них это движение естественное. В этом причина, по которой все эти вещи – облака, птицы, камни и т.д. – участвуют в движении, а не остаются позади. Аргументы Коперника очень слабы. И тем не менее в них содержится зародыш новой концепции, которая будет развита его последователем Дж. Бруно. В рассуждениях Коперника законы «небесной механики» применяются к земным феноменам. Тем самым они имплицитно содержат в себе отрицание старого тезиса о качественном разделении Космоса на два различных мира. Более того, Коперник объясняет видимую прямизну траектории падающего тела (хотя на самом деле оно описывает кривую) тем, что оно принимает участие в движении Земли.

Аргументы Коперника, полагает А. Койре, основаны на мифической концепции «общей природы Земли и земных вещей». Впоследствии наука должна будет заменить ее понятием физической системы, системы тел, участвующих в одном и том же движении. Она должна будет опираться на физическую, а не оптическую относительность движения. Все это, однако, невозможно было сформулировать на базе аристотелевской философии движения и требовало принятия другой философии[10].

Концепция физической системы или точнее системы механической, которая неявно содержалась в доводах Коперника, была разработана Джордано Бруно. Бруно открыл, пользуясь своей гениальной интуицией, что новая астрономия должна немедленно отказаться от концепции закрытого и конечного мира и заменить ее концепцией открытого и бесконечного Универсума. Это означало устранение понятия естественных мест, а значит, и естественных движений, противоположных неестественным или «насильственным», движениям. В бесконечном Универсуме Бруно платоновская концепция пространства, понятого как «вместилище» («receptacle»), становится на место аристотелевской концепции пространства. Здесь все места абсолютно эквивалентны и, следовательно, естественны для всех тел, какими бы они ни были. Таким образом, там, где Коперник делает различие между «естественным» движением Земли и «насильственным» движением тел на Земле, там Бруно их уподобляет. То, что происходит на Земле, если предположить, что она движется, в точности эквивалентно тому, что происходит на корабле, скользящем по поверхности моря. И движение Земли оказывает не большее влияние на движение вещей на Земле, чем движение корабля на движение вещей, находящихся на корабле и внутри корабля.

Следствия, выведенные Аристотелем, могли иметь место лишь в том случае, если бы отправная точка движения тела была внешней по отношению к Земле и не связанной с ней. Бруно доказывает, что отправная точка как таковая не играет никакой роли в определении траектории движения тел, и то, что здесь важно, – это наличие или отсутствие связи между ней и механической системой. Одно и то же «место» может даже принадлежать к двум или более системам. Так, если мы вообразим двух людей, одного, находящегося на высокой мачте корабля, проходящего под мостом, и другого, стоящего на мосту, мы можем также представить себе, что в известный момент руки этих двух людей будут находиться в идентичном месте. И если в этот момент каждый из них выпустит из рук камень, то камень человека на мосту упадет прямо в воду, между тем как камень человека на мачте будет следовать за кораблем и (описывая определенную кривую относительно моста) упадет непосредственно к основанию мачты.

Таким образом, Бруно на место аристотелевской динамики ставит динамику импето парижских номиналистов. Ему кажется, что эта динамика может служить достаточной основой для построения физики, соответствующей астрономии Коперника, что было, конечно, заблуждением. Нельзя отрицать того, что концепция импето позволила Бруно отвергнуть некоторые аргументы Аристотеля. Однако она не могла отбросить их все и тем более послужить основой при построении новой науки.

По мнению А. Койре, аргументы Джордано Бруно кажутся очень разумными. Однако в его эпоху они не произвели никакого впечатления ни на Тихо Браге, который в своей полемике с Ротманном неустанно повторял старые возражения аристотелевской физики (хотя и несколько модернизированные), ни даже на Кеплера, который считал себя обязанным вернуться к аргументам Коперника, заменив его мифическую концепцию физической концепцией силы притяжения. Тихо Браге не допускает, чтобы ядро, падая с вершины корабельной мачты, могло достичь ее основания. Он утверждает, что оно упадет позади мачты и чем больше будет скорость корабля, тем дальше от мачты оно упадет. Тихо Браге добавляет, что, если бы Земля двигалась так, как утверждает Коперник, было бы невозможно послать пушечное ядро на одно и то же расстояние на восток и на запад.

Точка зрения Тихо Браге, замечает А. Койре, может нам показаться странной, но мы не должны забывать, что в свою очередь Тихо Браге должен был считать теории Бруно абсолютно невероятными и даже чрезмерно антропоморфными. Утверждение, что два тела, падающих с одного и того же места и стремящихся к одной и той же точке (центру Земли), описывают две различные траектории на том основании, что одно из них было связано с судном, а другое нет, означало бы для Тихо, что указанные тела помнили о своей прошлой связи с мачтой или мостом, знали, куда должны следовать, и обладали необходимыми способностями, чтобы сделать это.

Более того, с точки зрения аристотелевской динамики, равно как и динамики импето, два различных движения всегда мешают друг другу. И сторонники этой концепции в качестве доказательства ссылались на хорошо известный факт полета пушечного ядра. Этот факт состоит якобы в том, что быстрое горизонтальное движение ядра мешает ему падать вниз, поэтому оно находится в воздухе значительно дольше, чем при свободном падении (с той же высоты). Таким образом, Тихо Браге не допускал взаимной независимости движений, и никто этого не допускал до Галилея, следовательно, он не мог считать истинными факты и теории, которые принимали данный постулат.

По мнению А. Койре, наиболее интересной и важной представляется позиция, которую занял Кеплер. Она нам демонстрирует лучше, чем всякая другая, глубокие философские корни галилеевской революции. С чисто научной точки зрения Кеплер, которому мы обязаны самим термином инерции издается, без сомнения, одним из величайших, если не величайшим, гением своего времени. Однако в философском отношении он ближе стоит к Аристотелю и средневековью, нежели Галилей и Декарт. Он рассуждает еще в терминах «Космоса», для него движение и покой все равно, что свет и тень, бытие и его отсутствие. Термин «инерция» означает у него сопротивление, которое тела оказывают движению, а не изменение их состояния (покоя или движения). Именно поэтому ему нужна причина или сила для объяснения движения, но ему совсем не нужно объяснять причину покоя. Он верит, как и физики средневековья, что движущиеся тела, отдаленные от движущей силы или лишенные влияния импето, не продолжают свое движение, но, напротив, останавливаются. Чтобы объяснить факт, что тела, которые находятся на движущейся Земле, не отстают от нее в своем движении (по крайней мере ощутимым образом) и что камни, брошенные вверх, возвращаются на то же самое место, откуда они были первоначально брошены, что пушечные ядра летят так же далеко на запад как и на восток, нужно допустить реальную силу, которая связывает эти тела с Землей и заставляет следовать за ней.

Кеплер открывает эту силу во взаимном притяжении всех материальных тел или, по крайней мере, земных тел. Он видит все эти вещи как бы связанными с Землей бесчисленными эластичными цепями, и именно натяжением этих цепей объясняется, почему облака, камни, ядра и т.д. не остаются неподвижными в воздухе, но следуют за Землей в ее движении. Тот факт, что эти цепи находятся повсюду, позволяет, согласно Кеплеру, бросить камень или выстрелить ядро в направлении, противоположном движению Земли: цепи притяжения удерживают ядро в сторону востока столь же сильно, как и в сторону запада, и таким образом их влияние взаимно уравновешивается.

Движение реального тела (ядра, выпущенного вертикально) является, естественно, комбинацией или сложением: а) его собственного движения и б) движения Земли. Но так как последнее является общим и для тела, и для Земли, то лишь первое из указанных движений принимается во внимание. Отсюда совершенно ясно (хотя Тихо Браге этого не понял), что длины траекторий ядра, выпущенного к востоку и к западу, совершенно различны, когда они измерены относительно пространства Универсума, но относительно Земли они одинаковы или почти одинаковы[11].

Таким образом, по мнению А. Койре, возражения аристотелевцев и Тихо Браге против движения Земли отброшены, и Кеплер подчеркивает, что было бы заблуждением уподоблять Землю движущемуся судну: в действительности Земля «притягивает магнетически» тела, которые она несет на себе, корабль же этого не делает. Вот почему мы нуждаемся в материальной связи в случае с кораблем, что совершенно бесполезно в случае с Землей. Подводя итог рассмотрению взглядов Кеплера, А. Койре отмечает, что «основатель современной астрономии, тот самый человек, который провозгласил единство материи в Универсуме и утверждал ibi materia, ibi geometria (где материя, там геометрия, – В.Ч.), потерпел неудачу в попытках установить основу современной физики по одной-единственной причине: он верил, что движение принадлежало (онтологически) к более высокому уровню бытия, чем покой»[12].

Это краткое историческое резюме должно, по мысли А. Койре, показать, что Галилей далеко не напрасно столь долго дискутировал со сторонниками аристотелевской физики. «Тем более мы можем, – пишет он, – оценить искусство, с которым Галилей располагает свои аргументы и подготавливает окончательный штурм аристотелизма в его «Диалоге о двух главнейших системах мира»[13]. Галилей понимал огромную трудность своей задачи. Он хорошо знал, что находится перед лицом могущественных врагов: авторитета, традиции и особенно здравого смысла. Бесполезно выстраивать доказательства для умов, неспособных оценить их значение. Бесполезно, например, объяснять различие между скоростью поступательного движения и скоростью вращения (их смещение лежит в основе возражений сторонников Аристотеля и Птолемея) тем, кто не привык мыслить математически. Нужно начать с их указания и действовать шаг за шагом, вновь и вновь обсуждая старые и новые аргументы. Нужно представить их в разнообразных формах, умножить примеры, изобретая снова наиболее поразительные из них, которые вели его современников к принятию этой парадоксальной и неслыханной концепции, согласно которой движение есть нечто сохраняющееся в своем бытии и не требующее никакой причины или силы для своего сохранения. Задача очень трудная, так как в его эпоху люди не привыкли мыслить движение в терминах скорости и направления вместо терминов силы (импето) и перемещения.

По мнению А. Койре, мы не можем мыслить движение в смысле усилия или импето, мы можем лишь вообразить его себе. Основой же науки Галилея, утверждает Койре, является «именно мысль, чистая мысль, а не опыт и восприятие чувств»[14].

Объясняя позицию Галилея в этом вопросе, А. Койре приходит к явно одностороннему взгляду на соотношение теории и опыта в галилеевской науке. «Хорошая теория, – пишет он, – построена a priory. Теория предшествует факту. Опыт бесполезен потому, что уже до всякого опыта мы обладаем знанием того, что ищем. Фундаментальные законы движения (и покоя), законы, определяющие пространственно-временное поведение материальных тел, суть законы математической природы. Той самой природы, что и законы, управляющие отношениями фигур и чисел. Мы их находим и открываем не в природе, но в нас самих»[15].

Книга природы написана на геометрическом языке. Новая физика, физика Галилея является геометрией движения, точно так же как физика его подлинного учителя – Архимеда – является физикой покоя. «Как же возможна эта математическая априорная наука о природе?» – задает себе А. Койре старый кантовский вопрос.

По мнению А. Койре, дело не сводится полностью к тому, что Галилей отбросил старые аристотелевские возражения против математизации физики. Он совсем иначе ставит сам вопрос. Конечно, в царстве чисел не существует качеств, и потому Галилей, так же как и Декарт, вынужден от них отказаться, отказаться от качественного мира восприятия и повседневного опыта и заменить его абстрактным и бесцветным миром Архимеда. И однако движение – по крайней мере движение архимедовых тел в бесконечном и гомогенном пространстве – управляется числами.

А. Койре склонен считать, что Галилей продолжает линию Платона, хотя в некоторых работах он упоминает и о влиянии Демокрита. Так, в докладе «О влиянии философских концепций на эволюцию научных теорий», прочитанном в Бостоне (1955г.), он говорил следующее: «Революция ХVII в., которую я когда-то назвал «реваншем Платона», была фактически следствием альянса – альянса Платона и Демокрита»[16].

Платонизм Галилея, считает А. Койре, весьма отличен от платонизма флорентийской академии, так же как его математическая философия природы отличается от ее (академии) неопифагорейской арифмелогии. По мнению А. Койре, для Галилея демаркационная линия между платонизмом и аристотелизмом совершенно ясна. Галилей и его ученики считали, что противоположность между этими двумя философскими школами была определена также и различными взглядами на математику, на ее роль в создании современной науки. Галилею и его ученикам новая философия природы представлялась как возврат к Платону, как победа Платона над Аристотелем. Самому А. Койре подобная интерпретация духа новой науки представляется весьма разумной.

Все историки науки согласны в том, что Галилей заложил основы нового научного метода, нового подхода к соотношению теории и эксперимента. В многочисленных исследованиях по истории галилеевской науки приводятся описания различных экспериментов, выполненных якобы Галилеем, которым приписывается решающая роль в опровержении традиционных предрассудков. Особую известность в этом отношении приобрел эксперимент в Пизе. Историки науки приписывают этому эксперименту огромное значение, усматривая в нем решающий момент в жизни Галилея, момент, когда он открыто выступил против аристотелизма и начал публичное наступление против схоластики. Они усматривают в нем также решающий момент истории научной мысли, момент, когда благодаря опытам по падению тел с вершины Пизанской башни Галилей нанес смертельный удар аристотелевской физике и заложил основы новой динамики.

А. Койре не только решительно не согласен с подобным мнением историков, но доказывает, что данный эксперимент является вымышленным. Свои аргументы А. Койре изложил в специальной статье «Галилей и пизанский эксперимент» с характерным подзаголовком: «По поводу легенды»[17].

Во всех описаниях данного эксперимента, пишет А. Койре, мы встречаем одни и те же элементы, заимствованные из единственного аутентичного источника, которым мы располагаем – это «Исторические повествования» ученика Галилея Винченцо Вивиани[18].

По мнению А. Койре, рассказ Вивиани ни на чем не основан. «Эксперимент в Пизе, – пишет он, – является мифом»[19]. Далее А. Койре цитирует рассказ Вивиани и заключает, что историки Галилея приукрасили и «развили» рассказ Вивиани. Никто, за исключением Уолвилла (Wohlwill), не поставил его под сомнение. И, однако, небольшого размышления и здравого смысла, небольшого знания истории и некоторого знакомства с физикой было бы достаточно, чтобы признать его неправдоподобным. Действительно, пишет А. Койре, нужно быть слишком наивным или совершенно незнакомым с нравами и обычаями университетов того времени, чтобы допустить, что целая корпорация профессоров, а также студентов смогла направиться на публичную площадь с единственной целью присутствовать на смешном эксперименте, на который их пригласил самый молодой и самый младший по званию преподаватель (по свидетельству Вивиани, эксперимент в Пизе имел место в период 1589-1590 гг.). Вместе с тем, чтобы привести в негодование и состояние уныния «всех философов», мало было поставить под сомнение доктрину Аристотеля. В течение уже сотни лет это учение вызывало сомнения. Кроме того, аргументы и рассуждения, на которые намекает Вивиани и с помощью которых Галилей сумел опровергнуть «заключения» Аристотеля, не были чем-то неожиданным: задолго до этого они были представлены и развиты Бенедетти. А в период пребывания Галилея в Пизанском университете один из «философов», а именно Джакопо Маццони (Jacopo Mazzoni), изложил их спокойно, не вызывая ни удивления, ни смятения. И, наконец, как это случилось, что такой важный и решающий эксперимент, преподнесенный с такой искусной рекламой, известен нам единственно по рассказу, который был опубликован 60 лет спустя после описываемых событий учеником Галилея Вивиани?

Как могло случиться, чтобы об этом громком событии никто нигде не сказал ни слова? Ни друзья Галилея, ни даже противники никогда об этом не упоминали. Единственное объяснение подобного молчания, пишет А. Койре, состоит в следующем: если Галилей нигде не говорит о своем пизанском эксперименте, то лишь потому, что его не существовало. Но можно посмотреть на этот вопрос с другой стороны. Допустим, что Вивиани описал действительный случай и представим себе, как будут падать два ядра весом соответственно в 1 и 10 фунтов. Любопытно, замечает А. Койре, что никто из историков науки никогда не ставил этой проблемы. Это, впрочем, вполне понятно: они верят в действительность этого эксперимента и полностью доверяют рассказу Вивиани.

Далее А. Койре приводит любопытные факты, относящиеся к подлинным экспериментам, связанным с Пизанской башней, Идея о том, что различные по весу тела падают с одинаковой скоростью, высказывалась не одним Галилеем, причем находились люди, которые оспаривали у Галилея приоритет открытия данного закона (например, Бальяни). В частности, эта идея была высказана иезуитом Николой Кабео, а Винченцо Раньери, профессор математики Пизанского университета, решил проверить ее экспериментально.

А. Койре приводит выдержки из письма Раньери, которое тот послал Галилею. В этом письме Раньери сообщает Галилею об опытах, которые он проводил с тяжелыми шарами (деревянными и металлическим), сбрасывая их с Пизанской башни. Любопытно отметить, что опыты Раньери не только не подтверждали указанный тезис, но недвусмысленно опровергали его. Так, согласно сообщению Раньери, расстояние между свинцовым и деревянным шарами к моменту падения на землю равнялось почти трем локтям (примерно 3,5 м). Опыты Раньери, однако, не убедили иезуита Николу Кабео, и в 1646 г. в своем комментарии к трактату Аристотеля «О метеорологических вопросах» он решительно утверждает, что различные по весу, но одинаковые по своей материи тела, падают с одинаковой скоростью и достигают Земли в одно и то же время. Это, утверждал Кабео, неопровержимо установлено опытами. Однако оппоненты Кабео утверждали обратное. Так, Риччоли, неоднократно проводя опыты с наклонной башни, расположенной в Болонье, в 1640 г. показал, что две сферы – одна полая весом в 10 фунтов, а другая монолитная весом в 20 фунтов (размер их был одинаковым) достигают Земли в различные моменты времени.

По мнению А. Койре, Галилею не нужно было дожидаться результатов Раньери и Риччоли, чтобы узнать о том, что два тела одинаковой материи, но различные по весу, падая с высокой башни, никогда не смогут двигаться «вместе» и никогда не смогут одновременно коснуться земли. Эти результаты он мог предвидеть[20]. Утверждение, что «все тела падают с одинаковой скоростью», утверждение, которое не поняли ни Бальяни, ни Кабео, ни Раньери, ни другие, было правильным, согласно Галилею, лишь в абстракции, для случая движения тела в пустоте. Что же касается движения тела в воздушной среде, то здесь дело обстоит совершенно иначе. Этот вопрос Галилей объяснил очень ясно в своей книге «Беседа и математические доказательства»[21], но Раньери либо об этом не читал, либо ничего не понял. В своем ответе на письмо Раньери, где тот сообщал результаты своих экспериментов, Галилей ограничился ссылкой на свой великий труд, где он доказал, что иначе и быть не может. Однако Галилею не нужно было дожидаться разработки своих «Бесед», чтобы прийти к идее о том, что сопротивление воздуха прямо пропорционально поверхности тела. Все это Галилей уже знал, когда начинал свою научную карьеру в Пизе. Впрочем, это не удивительно, потому что Бенедетти фактически объяснил это до него[22].

Следует отметить, что аргументация А. Койре, которая нам представляется весьма убедительной, пока не разделяется многими историками науки. Для сравнения мы приведем мнение Марио Льоцци, который поддерживает традиционную версию об экспериментах Галилея, связанных с Пизанской башней. «Эти опыты, – пишет М.Льоцци, – относящиеся, надо полагать, к 1590 г., тоже ставятся сейчас некоторыми исследователями под сомнение. Можно, конечно, допустить у Вивиани некоторые преувеличения и ошибки в датах, поскольку он писал свое «Повествование» спустя 13 лет после смерти Галилея, но нет никаких серьезных оснований сомневаться в правдивости приведенных фактов. Во многих местах своего трактата «О движении» Галилей говорит об опыте ex alta turri («с высокой башни»). Говорится далее об эксперименте, до результатов которого Галилей «дошел разумом»... Наконец, еще при жизни Галилея стали почти традиционными опыты с падением тяжелых тел с высоких башен... Отсюда можно заключить, что сомнения современных критиков в истинности пизанских опытов Галилея представляются необоснованными»[23]. Позиция М. Льоцци в данном вопросе кажется нам несколько странной. Согласно М. Льоцци, пизанские опыты имели своей целью подтвердить тезис о том, что «скорость падающих тел одна и та же для всех тел независимо от их веса»[24]. Но, как документально показал А. Койре, и опыты Раньери, и опыты Риччоли (которые, кстати, упоминает и М.Льоцци) не подтверждали, а опровергали данный тезис. Иначе и быть не могло, поскольку в воздушной среде теоретически и практически одновременное падение различных по своим размерам и весу тел представляется невозможным. Трудно предположить, что Галилей, который в своей работе «О движении» экстраполирует гидростатику Архимеда на процесс свободного падения тел, мог игнорировать сопротивление воздуха и утверждать равенство скоростей для тел, падающих в воздушной среде.

Итак, при жизни Галилея опыты со свободным падением тел проводились многими учеными. Однако установление закона свободного падения тел требовало достаточно точных методов измерения. Усовершенствование и развитие этих методов составляют одну из наиболее характерных черт научной революции ХVII в. А. Койре посвятил этой теме специальную статью[25].

В ряде своих работ А. Койре постоянно подчеркивает, что новая наука заменила расплывчатые и «полукачественные» понятия аристотелевской физики системой жестких и строго количественных понятий. Тем самым предметом новой науки становится все то, что может быть точно измерено (в данном случае речь идет о точных, т.е. физико-химических науках). Именно это исследование количественной определенности, открытие точных численных данных составляет цель и определяет саму структуру экспериментов новой науки. Следует заметить, что не все ученые Нового времени сознавали это достаточно ясно: ни Кардан, ни Джамбатиста Порта, ни даже Гильберт не стремились к получению математических результатов. И это потому, что они рассматривали мир скорее как совокупность качеств, чем как совокупность величин. Нет ничего более поучительного в этом отношении, чем факт, что Бойль и Гук (оба экспериментаторы первого ранга, знающие цену точным измерениям) занимались чисто качественным изучением спектральных цветов.

Ничто лучше не показывает подлинное величие Ньютона, чем его способность «переступить» область качества, чтобы проникнуть в область физической реальности, т.е. в то, что является количественно определенным. Но помимо теоретических и психологических трудностей, препятствующих применению идеи математической строгости к миру ощущений и деятельности, эффективная реализация точных измерений в ХVII в. была связана и с большими техническими трудностями.

Эти соображения А. Койре иллюстрирует на примере закона свободного падения тел. Известно, пишет он, что Галилей, не имея возможности прямо измерить ускорение свободного падения, использует для этого наклонную плоскость и маятник. Приведя соответствующее место из «Бесед», где Галилей описывает свой опыт с наклонной плоскостью, на основании которого он пришел к закону о том, что расстояние, проходимое телом с начала движения, пропорционально квадрату времени, А. Койре замечает следующее: «Бронзовый шар, катящийся по «гладкому и полированному» желобу, вырезанному в доске! Сосуд воды с небольшим отверстием, через которое вытекает вода и которую собирают в небольшой стакан, чтобы затем его взвесить и измерить таким образом время спуска... Какое нагромождение источников погрешностей и неточности!»[26].

Очевидно, пишет далее А. Койре, что опыты Галилея лишены всякой ценности: само совершенство их результатов является неоспоримым доказательством их неточности.

Неудивительно, что Галилей, который полностью сознавал все это, избегает, насколько это возможно, приводить конкретное численное значение для ускорения, и там, где он это делает (например, в «Диалоге»), он грубо ошибается. Действительно, измеренное Галилеем значение для ускорения равнялось приблизительно половине его подлинного значения. И однако тот факт, что цифры, приведенные Галилеем, крайне неточны, не должен нас удивлять, замечает А. Койре. Совсем напротив: было бы удивительно, если бы они не были ошибочными.

Новая наука, пишет А. Койре, с самого начала находится в довольно странной и даже парадоксальной ситуации. Она берет точность в качестве принципа и утверждает, что реальность, по существу, является геометрической и подлежит, следовательно, точному измерению. Она открывает и математически формулирует законы, которые позволяют ей рассчитать положение и скорость тела в каждой точке его траектории и в любой момент его движения, и в то же время она не способна использовать эти законы, потому что она не располагает никакими средствами для определения времени и измерения скорости. Но без этих измерений, пишет А. Койре, законы новой динамики остаются абстрактными и пустыми.

Чтобы наполнить их реальным содержанием, необходимо владеть средствами измерения времени (пространство легко измерить), т.е. точными часами[27]. Галилей воспользовался движением маятника. Маятник, как известно, обладает той замечательной особенностью, что период его колебаний при малых амплитудах не зависит ни от веса груза, ни от амплитуды этих колебаний (поскольку период таких колебаний не зависит от амплитуды, то трение о воздух не играет никакой роли), но единственно от длины нити подвеса.

Открытые Галилеем законы колебания маятника – законы изохронности и закон пропорциональности периода колебания квадратному корню из длины маятника – были экспериментально подтверждены Риччоли, который для определения периода колебаний маятника использовал водяные часы. Риччоли хорошо понимал огромную важность открытия Галилея. Ведь изохронность колебаний маятника позволяет реализовать точный хронометр. Путем «проб и ошибок», т.е. чисто эмпирического подбора соответствующей длины нити Риччоли удалось построить маятник с периодом, равным 59,36’’. Этот маятник, замечает А. Койре, был вполне удовлетворительным инструментом. С помощью подобного рода часов Риччоли удалось экспериментально доказать, что в воздушной среде тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Данные, полученные им, опровергали как теорию Аристотеля, согласно которой скорость падения тел прямо пропорциональна их весу, так и теорию Кабео, который считал, что скорость падения тел не зависит от их веса. Другим замечательным успехом Риччоли явилось весьма точное определение ускорения свободного падения. Но наиболее важный шаг в создании точного хронометра принадлежит Гюйгенсу.

«Я уже упоминал о парадоксальной ситуации современной науки в момент ее зарождения, – пишет А. Койре Владение точными математическими законами и невозможность их применить, потому что точная мера фундаментальной величины динамики, т.е. время, не была реализована. Никто, кажется, не чувствовал это более сильно, чем Гюйгенс»[28].

В истории научных инструментов часы Гюйгенса занимают особо важное место, пишет далее А. Койре. «Это первый аппарат, конструкция которого основана на законах новой динамики. Эти часы не являются результатом проб и эмпирических ошибок, но результатом тонкого и тщательного изучения математической структуры циклоидальных колебательных движений»[29].

Конструируя маятниковые часы, Гюйгенс построил математическую модель циклоидального маятника и нашел формулу для определения периода колебания маятника: Т = π х 1/g, где 1 – длина математического маятника, а g – ускорение свободного падения.

Формула Гюйгенса, найденная математическим путем, определяет таким образом значение g как функцию длины и периода колебания любого маятника, который мы можем использовать. «Мораль этой истории, которую мы рассказали, – как была определена постоянная ускорения свободного падения, – является довольно любопытной, – пишет А. Койре. – Мы видели, как Галилей, Мерсенн, Риччоли пытались построить хронометр, для того чтобы осуществить экспериментальное измерение скорости падения. Мы видели, что Гюйгенсу удалось сделать то, что не смогли сделать его предшественники... Мы понимаем теперь смысл и значение дороги, пройденной Гюйгенсом, – дороги, которая в конце концов оказалась кратчайшей: не только действительные эксперименты основаны на теории, но даже средства, которые позволяют их осуществить, являются не чем иным, как воплощенной теорией»[30].

 

[1] Koyré A. Les étapes de la cosmologie scientifique // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 76.

[2] Koyré A. Bes origines de la science moderne // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 67.

[3] Koyré A. Les étapes de la cosmologie scientifique // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 79.

[4] Koyré A. Les étapes de la cosmologie scientifique // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 81.

[5] Kepler J. Astronomia nova... – Pr., 1609.

[6] Koyré A. Les étapes de la cosmologie scientifique // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 83.

[7] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 177.

[8] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 178-179.

[9] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 179-180.

[10] Коуré A. Galilée et evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 184.

[11] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 188.

[12] Ibid.

[13] Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира птолемеевой и коперниковой / Пер. и предисл. А.И. Долгова. – М.; Л.: Гостехиздат, 1948. – 380 с.

[14] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 189.

[15] Коуré A. Galilée et Evolution scientifique du XVII siècle // Etudes d’histoire de la pensée scientifique. – P., 1966. – P. 190.

[16] Коуré A. De l’influence de conceptions philosophiques sur l’évolution des théories scientifiques // Etudes d’histoire de la pensée philosofique. – P., 1961. – P. 239.

[17] Коуré A. Galilée et 1'expérience de Pise: à propos d'une legende // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P.192-201. – (Впервые эта статья была опубликована в 1937 г.)

[18] Viviani V. Racconto storico della vita di Galilei; Galileo G. Le opere... –Pirenze, 1907. – Vol.19. – Р. 602.

[19] Коуré A. Galilée et 1'expérience de Pise: à propos d'une legende // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 196.

[20] Коуré A. Galilée et 1'expérience de Pise: à propos d'une legende // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 200-20l.

[21] Галилей Г. Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки. – Соч. – М.; Л., 1934. – T. 1. – С.1-696.

[22] Коуré A. Galilée et 1'expérience de Pise: à propos d'une legende // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 201.

[23] Льоцци М. История физики / Пер. с итал. Э.Л. Бурштейна. – М.: Мир, 1970. – С. 69.

[24] Там же.

[25] Коуré A. Une expérience de mesure // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 253-283.

[26] Коуré A. Une expérience de mesure // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 258.

[27] Коуré A. Une expérience de mesure // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 259.

[28] Коуré A. Une expérience de mesure // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 275.

[29] Ibid. – P. 276.

[30] Коуré A. Une expérience de mesure // Etudes d’histoire de la реnsée scientifique. – P., 1966. – P. 277-278.


Категория: РЕДАКТОР/ИЗДАТЕЛЬ | Просмотров: 126 | Добавил: retradazia | Рейтинг: 0.0/0