Физика Аристотеля

В ранних работах Галилея, пишет А. Койре, мы находим как раз фрагмент курса физики или вернее космологии в той форме, в какой она преподавалась в ХVI в. в большинстве европейских университетов. Фрагмент Галилея дает замечательно ясное изложение принципов аристотелевской космофизики. Эта космофизика хорошо известна, поэтому А. Койре останавливается лишь на ее общих принципах и основаниях и пытается дать ей оценку.

А. Койре выступает против некоторого неуважения или непонимания аристотелевской физики, которое нередко встречается среди историков науки. Конечно, пишет он, аристотелевская физика ошибочна, она непоправимо устарела. Но, тем не менее это физика, теория в буквальном смысле, хотя и математически не разработанная. Она не является словесным продолжением здравого смысла или плодом ребяческой фантазии, представляет собой теорию, которая, исходя из данных здравого смысла, подчиняет их систематической и строгой разработке[1].

Факты здравого смысла, служащие основой аристотелевской физики, крайне просты, и мы их принимаем как таковые. Нам представляется вполне естественным, что тяжелое тело падает на землю, и мы были бы удивлены, так же как и Аристотель и Аквинский, если бы наблюдалось обратное. Однако, подчеркивает А. Койре, аристотелевская физика не ограничилась выражением на своем языке подобных фактов здравого смысла, она их трансформирует в различие «естественного» и «насильственного» движения, а само различие этих движений обосновано общей концепцией физической реальности. Существенными чертами этой концепции, пишет А. Койре в статье «Галилей и Платон»[2], являются: «1) вера в существование качественно определенных сущностей и 2) вера в существование совершенного Космоса или, другими словами, вера в существование принципов порядка, в силу которых совокупность реальных существ образует иерархически упорядоченное целое»[3].

Понятия целого, космического порядка, гармонии означают, что в Универсуме вещи распределены или должны быть распределены в определенном порядке, что их локализация не безразлична ни для них самих, ни для Космоса, что каждая вещь обладает в Универсуме своим собственным местом, соответствующим ее природе. Место для каждой вещи и каждая вещь на своем месте: понятие естественного места как раз и выражает это требование теоретической физики Аристотеля.

Понятие «естественного места», согласно А. Койре, является выражением концепции чисто статического порядка: если бы все было в «порядке», то всякая вещь покоилась бы на своем месте и никуда бы не перемещалась.

Но почему же вещи приходят в движение? Всякая вещь сопротивляется перемещению, и поэтому перемещение вещей со «своего» места всегда совершается по принуждению, насильственно. Следовательно, всякое движение заключает в себе известного рода космический беспорядок, нарушение равновесия Универсума, поскольку оно представляет собою прямое следствие насилия либо, наоборот, стремление бытия компенсировать это насилие для того, чтобы восстановить свой порядок и равновесие. Поэтому возвращение к порядку и составляет то, что называется у Аристотеля «естественным движением». Поскольку же порядок представляет собою стабильное положение вещей, которое стремится продолжаться бесконечно, постольку нет необходимости объяснять состояние покоя: покой есть естественное положение вещей. Что же касается движения, то это временный процесс: естественное движение прекращается естественным путем, когда цель его достигнута; движение насильственное также не может продолжаться вечно, ибо оно есть беспорядок, рождений беспорядком, и допустить, чтобы, подобное положение продолжалось вечно, значило бы поставить под сомнение саму идею Космоса. Поэтому, отмечает А. Койре, движение в аристотелевской физике – это состояние существенно преходящее, временное. Однако, уточняет он свою мысль, хотя движение для каждого тела или по крайней мере для тех из них, которые доступны опыту в этом подлунном мире, есть феномен временный и эфемерный, но для мира в целом это феномен вечный и, следовательно, необходимый.

Заметим, что данное уточнение А. Койре вытекает из самой специфики аристотелевского понятия движения, которая отмечается рядом историков физики. Например, М. Льоцци по этому поводу пишет следующее: «Движению Аристотель придавал значительно более широкий смысл, чем принято было в физике со времен Галилея. Аристотель понимает под движением любое количественное или качественное изменение, благодаря которому явление реализуется. Такое широкое понимание движения позволяет ему утверждать, что в природе все есть движение. Частному понятию изменения положения тела с течением времени он дал наименование локального движения, а локальные движения он разделял на естественные и насильственные»[4].

А. Койре, однако, не просто констатирует подобный способ понимания движения, но пытается достаточно убедительно вывести из него важнейшие особенности аристотелевской динамики, найти движению «место» в структуре аристотелевской космофизики.

Действительно, поскольку для Аристотеля движение есть процесс, становление, посредством которого вещи актуализируются, осуществляются, постольку всякое движение должно иметь свою причину. И Аристотель, замечает А. Койре, в этом пункте совершенно прав. «Никакой процесс изменения или становления не может совершаться без причины. Если в современной физике движение может продолжаться само по себе, то лишь потому, что это не процесс»[5]. Напротив, покой – состояние лишения движения – для своего продолжения не нуждается в какой-либо причине. Поэтому основной тезис аристотелевской динамики можно выразить довольно кратко: «Отбросьте причину – движение остановится». В случае «естественного» движения такой движущей причиной будет сама природа тела, его форма, которая стремится к «своему» месту. Наоборот, движение, которое совершается вопреки природе тела, в продолжении своего движения нуждается во внешнем двигателе – причине насильственного движения.

При всем своем изяществе и замечательной последовательности аристотелевская физика, замечает далее А. Койре, столкнулась с весьма «неудобным» для нее фактом: эта теория опровергалась таким обыденным, ежедневно повторяющимся фактом, как бросание тел. Правда, теоретик, заслуживающий этого имени, вряд ли будет смущен доводами «здравого смысла». Если он встречает факт, который не «вписывается» в его теорию, он просто его отрицает, а если это ему не удается, он пытается придумать для него какое-нибудь объяснение. Именно в объяснении этого ежедневного факта, пишет А. Койре, факта бросания тел, которые продолжают свое движение, несмотря на отсутствие движущей силы, Аристотель еще раз продемонстрировал свой гений. Его ответ состоит в объяснении движения тела посредством воздействия окружающей тело среды. Суть этого объяснения состоит в том, что брошенное тело непрерывно подталкивается воздухом, стремящимся занять место, оставленное телом. Однако данный ответ Аристотеля может показаться совершенно невразумительным, если не остановиться на другой особенности динамики Аристотеля–отрицании пустоты. В этой динамике пустота не только не благоприятствует движению, но делает его невозможным. Далее А. Койре анализирует мотивы, которыми руководствовался Аристотель, пытаясь обосновать этот тезис[6].

В динамике Аристотеля движение тел обусловлено действием некоторой силы и сопротивлением среды. Причем скорость тела прямо пропорциональна действующей на него силе и обратно пропорциональна сопротивлению среды. Отсюда следует, что в пустоте, где сопротивление среды отсутствует, скорость стала бы бесконечно большой. Таким образом, пишет А. Койре, мгновенное движение казалось Аристотелю (и не без основания) совершенно невозможным. Сюда же присоединяется и другое соображение, учитывающее несовместимость понятий «места» и «пустоты» В гомогенном пространстве геометрии все «места» подобны друг другу и перемещение не производит ничего нового, т.е. перемещение здесь ничего общего не имеет с изменением (напомним еще раз, что сущность движения для Аристотеля есть процесс изменения и становления). В пустоте не существует не только естественных мест, в ней вообще нет мест. В ней нельзя выделить никакого предпочтительного направления – ни вверх, ни вниз, ни вправо, ни влево. Следовательно, пустоты нет в нашем ограниченном мире. И движение брошенного тела как раз и возможно потому, что среда, стремясь заполнить «место», оставленное движущимся телом, проникает в него и тем самым побуждает тело двигаться дальше.

Характеризуя физику Аристотеля в целом, А. Койре подчеркивает, что было бы ошибочным считать ее скоплением несуразностей. Напротив, это хорошо разработанная и весьма последовательная в логическом отношении теория, которая не только опирается на глубокую философскую теорию, но также, как это показали уже П. Дюгем и П. Таннери, согласуется даже лучше, чем физика Галилея, со здравым смыслом и ежедневным опытом. «Физика Аристотеля, – пишет А. Койре, – основана на чувственном восприятии и поэтому она решительно антиматематична. Она отказывается от замещения геометрической абстракцией качественно определенные фактов опыта и здравого смысла и отрицает самую возможность математической физики, опираясь а) на неоднородность (hétérogéneité) математических понятий и данных чувственного опыта, б) на неспособности математики объяснить качество и вывести движение. Не имеется ни качества, ни движения во вневременном царстве фигур и чисел»[7].

Динамика Аристотеля никогда не пользовалась всеобщим признанием именно потому, что ее объяснение проблемы бросания тел по существу противоречило доводам здравого смысла. Классические примеры такого движения – полет стрелы, бросок камня и т.п. – выдвигались против аристотелевской динамики Гиппархом и Филипоном, Буриданом и Николаем Оремским, Леонардо да Винчи и Бенедетти и т.д. Если кратко суммировать традиционные аргументы, выдвигаемые противниками Аристотеля, то они могут быть классифицированы на две группы. Первые аргументы, так сказать, материального порядка, сводятся к тому, что предположение, согласно которому большие и тяжелые тела – ядро, стрела, выпущенная против ветра – движимы благодаря реакции воздуха, является крайне невероятным. Другие аргументы имели скорее формальный характер. Они подчеркивали противоречивый характер утверждения, согласно которому воздуху приписывалась двойственная роль: сопротивления и движущейся силы.

В своей книге «Галилеевские этюды. T.1. На заре классической науки»[8], вышедшей в 1939г., А. Койре приводит обширные выдержки из сочинений ближайшего предшественника Галилея Бонамико. Они нам показывают, пишет А. Койре, с одной стороны, недоумение и растерянность средневековой мысли в объяснении феноменов падения и бросанья тел, а с другой – он нам раскрывает, на какой стадии познания физики «импето» находилась университетская мысль того времени. Концепция Бонамико позволяет выявить существенные черты средневековой науки: соединение финалистской метафизики с опытом здравого смысла. Именно эти черты будут отброшены галилеевской наукой[9].

Физика «импето»

Но прежде чем перейти к собственно галилеевской науке, необходимо осветить еще один важный этап в развитии физики, который связан с существенной трансформацией идей аристотелевской динамики. Теория бросания тел, как уже отмечалось выше, никогда не пользовалась всеобщим признанием главным образом потому, что она была неприемлема с точки зрения «здравого смысла». Почему, говорили противники аристотелевской динамики, не предположить, что движущая сила переходит в движимое тело, что она «проникает» в него и тем самым заставляет его продолжать движение. Эта сила имела различные наименования – virtus motiva, virtus impressa, impetus, impetus impressus.

В «Галилеевских этюдах» А. Койре приводит обширные выдержки из труда видного представителя физики «импето» Дж. Бенедетти (на латинском и французском языках). Подобно своим предшественникам, Бенедетти считает, что аристотелевская теория броска не имеет никакой научной ценности, В своем сочинении «Различные математические и физические рассуждения», изданном в Турине в 1585 г.[10], он следующим образом объясняет механизм движения тел: «Всякое тяжелое тело, – пишет он, – которое движется естественно или насильственно, обладает в самом себе импето (impetus), таким, что отделенное от двигателя, оно продолжает двигаться благодаря самому себе в течение некоторого промежутка времени»[11]. Что же представляет собою импето, эта движущая сила, имманентная причина движения? На этот вопрос трудно ответить, пишет Бенедетти. Это есть некоторый род качества, силы или свойства, которое как бы «втиснуто» в движущееся тело или, точнее, которое его «пропитывает» в момент соединения с двигателем. Это также некоторое состояние, которое движущееся тело приобретает тем больше, чем более продолжительное время оно находится в контакте с двигателем.

Объяснение, данное Бенедетти, представляется весьма смутным. Но это по крайней мере не должно нас удивлять, замечает А. Койре, потому что понятие импето действительно весьма смутное и неопределенное понятие. По существу оно представляет собою лишь перевод в «научные» термины концепции, основанной на повседневном опыте, на данных здравого смысла. Чем же в действительности является импето, как не конденсацией, если так можно выразиться, мускульного усилия и броска? Всем известно, что нужно набраться сил, чтобы перепрыгнуть через препятствие, что повозка, которую толкают или тащат, медленно трогается с места и лишь постепенно увеличивает свою скорость: она также «набирается» сил и т.п.[12].

В эпоху средневековья сторонники динамики импето долго и безуспешно спорили относительно его онтологического статуса. Они пытались втиснуть его в аристотелевскую классификацию, интерпретируя как некоторого рода форму или как некоторый род качества наподобие теплоты (Гиппарх). Эти дискуссии доказывают лишь туманный и смутный характер теории, которая явилась прямым продуктом или, если так можно сказать, конденсацией здравого смысла.

Концепция движения, которая опирается на физику импето, подчеркивает А. Койре, полностью отлична от концепции Аристотеля. Движение не интерпретируется больше как процесс актуализации. Однако это все еще изменение и как таковое оно нуждается в объяснении через силу или определенную причину. Таким образом, импето производит движение, оно движет тело. Но в то же время он играет другую важную роль: преодолевает сопротивление окружающей среды[13].

Одно из наиболее разработанных исследований по физике импето принадлежит молодому Галилею, который в трактате «О движении»[14], опубликованном примерно в 1590 г., развивает дальше идею парижских номиналистов и Бенедетти (он в этот период был назначен профессором в Пизанский университет). Галилей выступает как решительный и даже страстный противник Аристотеля. Можно сказать, что работа «О движении» представляет собою критику аристотелевской динамики с точки зрения динамики импето. По мнению А. Койре, эта критика часто жестокая и не всегда справедливая. К тому же он не всегда понимает мысль Аристотеля. Однако можно сказать, что его способ понимания (или непонимания) вытекает из существенно нового интеллектуального восприятия Универсума.

Галилей прежде всего ссылается на факты, которые аристотелевская теория не в состоянии объяснить. Могла ли она в самом деле объяснить, почему тяжелые тела могут быть брошены дальше, чем легкие? Как объяснить реакцией среды длительное движение колеса, волчка или полированной мраморной сферы, накрытой чехлом? Но помимо всего прочего аристотелевская концепция внутренне противоречива, В самом деле, если одно перемещение воздуха производит другое перемещение воздуха и это явление воспроизводится постоянно, то движение, однажды начавшись, продолжалось бы вечно и даже ускорялось бы. Однако один из фундаментальных принципов Аристотеля состоит в том, что всякое движение является по своей природе ограниченным и временным, преходящим.

В трактате «О движении» Галилей высказывает твердое убеждение в том, что понятие качества или движущей силы – импето позволяет дать полное объяснение явления бросания тел и что нет никакой необходимости введения нелепой реакции среды, изобретенной Аристотелем.

Здесь возникает один деликатный вопрос: не позволяет ли понятие импето сформулировать принцип инерции? Известно, пишет А. Койре, что таково было мнение некоторых известных историков науки. Действительно, некоторые сторонники динамики импето естественно должны были прийти к заключению, что в условиях отсутствия внешнего сопротивления, например в вакууме, импето не ослабляется, а остается постоянным, «вечным». Эта точка зрения как будто бы весьма близка к закону инерции, замечает А. Койре, однако не таково мнение Галилея. В своем трактате «О движении», где он дает одно из лучших изложений динамики импето, Галилей решительно отрицает законность такого предположения и утверждает существенно преходящий характер импето. По мнению А. Койре, Галилей в данном случае совершенно прав. Если понимать движение как следствие импето, рассматриваемого в качестве причины, то совершенно немыслимо и абсурдно полагать, будто эта причина не будет «истощаться», производя движение. Урок, который преподал нам Галилей, пишет А. Койре, имеет капитальное значение для истории науки: физика импето несовместима с принципом инерции[15].

Обратимся теперь к другому аспекту галилеевской физики – к вопросу о связи ее с физикой Архимеда. Уточним важнейшие идеи (высказанные уже Бенедетти), которые, в конце концов, позволят Галилею превзойти одновременно и аристотелевскую физику, и динамику импето, заменив их количественной физикой, модель которой он нашел у Архимеда. Прежде всего это касается трактовки понятий «легкий» и «тяжелый». В противоположность Аристотелю Галилей (продолжая линию Бенедетти) считает, что «тяжелый» и «легкий» не являются абсолютными качествами, но свойствами относительными или, лучше сказать, простыми соотношениями. Тело является легким или тяжелым, т.е. поднимается или опускается в зависимости от среды, в которой оно находится. Если оно тяжелее среды, оно опускается, если легче-то поднимается (например, в воздухе или в воде). И сила (а, следовательно, и скорость), с которой тело опускается или поднимается, измеряется разницей между его весом и весом равного объема среды, в которой оно находится. Это рассуждение Галилея, подчеркивает А. Койре, представляет собою, без сомнения, экстраполяцию рассуждений Архимеда[16]. Однако это расширение гидростатики было чревато очень серьезными последствиями: оно заключало в себе замену качеств количественной шкалой.

Этому замещению Галилей придавал огромное значение. Вслед за этим он настаивает на том, что легкость не есть качество: она есть результирующая сила. Движение вверх не есть, следовательно, естественное движение. Тела, которые поднимаются, никогда не поднимаются сами по себе, спонтанно. Они поднимаются потому, что выталкиваются другими, более тяжелыми телами. Единственное «естественное» движение, которое признает теперь Галилей, – это движение тяжелых тел (т.е. всех тел, включая сюда воздух и огонь) вниз, т.е. к центру мира. И это также единственное движение, которое обладает еще естественной целью: последняя отсутствует в движении вверх.

Различие между абсолютным и относительным весом, утверждение, что скорость падения тела является функцией его относительного веса в данной среде, неизбежно приводят к заключению, что именно в пустоте и только в пустоте тела обладают абсолютным весом и падают со скоростью, которая является их собственной скоростью.

Это заключение глубоко противоположно наиболее фундаментальным догмам аристотелевской физики. В самом деле, в этой концепции, пишет А. Койре, движение не является больше тем, чем оно было для Аристотеля – процессом, переходом из одного места в другое, из одного состояния в другое. Оно не есть, правда, еще само «состояние»: именно в этом заключается причина, по которой движение не сохраняется автоматически. Движение, по Галилею, нуждается в силе. Но эта сила полностью содержится в самом теле, поэтому движение тела не содержит в себе ничего, помимо самого себя.

В этой концепции, отмечает А. Койре, легко можно себе представить движущееся тело, изолированное от остального Универсума. По мнению А. Койре, мы находимся здесь на пути, который ведет к принципу инерции. Но мы еще не подошли к нему. В действительности мы еще весьма далеки от него, настолько далеки, что, для того чтобы прийти к нему, мы должны освободиться от понятия движения-следствия, от различия естественного и насильственного движений, от понятия и самого названия «место». Дорога очень длинная и очень трудная. Известно, что Галилей не прошел ее до конца. Но это уже другая история, о которой речь пойдет ниже. В эпоху написания труда «О движении» Галилей лишь вступил на этот путь. Для него существует еще «естественное место», правда, единственное: центр мира; имеется «естественное» движение, тоже единственное: движение стремится к центру мира. Имеется также остаток космического порядка: тяжелые тела размещаются, согласно Галилею, в центре мира или близко от него в виде концентрических кругов. Однако, замечает А. Койре, насколько эта мировая сфера стала уже смутной и неопределенной! В своей критике аристотелевского понятия естественного движения, даже там, где Галилей принимает естественный характер движения вниз, он возражает против естественного характера движения вверх. И делает это он не только потому, что все тела являются тяжелыми и поэтому движение вверх всегда является насильственным, но еще и потому, что оно не обладает естественным пределом. Нельзя вечно спускаться, можно, однако, неограниченно идти вверх. Это представление Галилея о Космосе, по мнению А. Койре, является свидетельством глубокой эволюции его мысли. «Центр Универсума, – пишет А. Койре, – существует. Но космическая сфера расширяется, становится бесконечной, теряет, так сказать, свою сферообразность. Достаточно того, что она становится бесконечной, чтобы в пространстве, отныне гомогенном, исчезли всякие следы античного Космоса и всякое привилегированное положение»[17].

Возникает вопрос, откуда происходит эта любопытная механика? По мнению А. Койре, она ведет свое происхождение непосредственно от Архимеда. Именно благодаря тому, что Галилей сознательно и решительно стал сторонником школы Архимеда, ему удалось превзойти физику импето и подняться до уровня математической физики, которая есть не что иное, как архимедова динамика. А. Койре неоднократно подчеркивает, что физика импето была реакцией здравого смысла и повседневного опыта на космофизику Аристотеля. Понятия, которыми оперировала эта физика, суть лишь более абстрактное выражение здравого смысла. Неясность и неопределенность этих понятий, по существу, делали невозможной математизацию этой физики.

Совсем иные понятия начинает применять Галилей в своем анализе движения, когда он, например, изучает движение тел на наклонной плоскости, когда он изучает движение тел в пустоте и т.д. По существу, он сразу сознательно ставит себя вне реальности: абсолютно гладкая плоскость, абсолютно круглая сфера, абсолютно твердое тело. Ничего этого нет в физическом мире. Это понятия, которые не могут быть извлечены из опыта, они скорее его предполагают. Именно эти фиктивные понятия позволяют понять и объяснить природу, ставить ей вопросы и интерпретировать ее ответы.

Архимедова физика – это, если так можно выразиться, математическая физика (дедуктивная и абстрактная): такова будет физика, которую Галилей будет развивать в Падуе. Это будет физика математической гипотезы, в которой законы движения выводятся «абстрактно», без использования понятия силы и опытов над реальными телами, «Опыты», на которые ссылается или будет ссылаться Галилей, даже те, которые он действительно поставил, есть лишь мысленные опыты – единственные, впрочем, которые можно проделать с объектами его физики. Ведь объемы галилеевской физики, тела его динамики – это «нереальные» тела. Нельзя, в самом деле, заставить войти «реальные» тела – реальные в понимании здравого смысла – в ирреальное геометрическое пространство. Аристотель это уже знал хорошо. Но он не понял, что можно предположить тела абстрактные, за что ратовал Платон и что, по существу, сделай Архимед (хотя последнему не удалось наделить их движением).

Таким образом, лишь для этих абстрактных тел, размещенных в геометрическом пространстве, была создана галилеевская динамика. И только к ним одним может быть применим принцип инерции. И лишь когда Космос будет замещен пустотой реализованного евклидового пространства, когда «реальные» тела Аристотеля и здравого смысла будут замещены абстрактными «телами» Архимеда, лишь тогда пространство перестанет играть физическую роль и движение перестанет оказывать влияние на тела. Отныне тела могут оставаться безразличными к состоянию покоя или движения, а движение, ставшее «состоянием», сможет, как и покой, сохраняться бесконечно в них самих[18].