Глава 2 Возникновение научной концепции эфира. Р. Декарт, И, Ньютон

Глава 2

Возникновение научной концепции эфира. Р. Декарт, И, Ньютон

Каждый народ тем более гражданственен и образован, чем лучше в нем философствуют, поэтому нет для государства большего блага, чем иметь истинных философов.

Р. Декарт

Пропустим два тысячелетия, оставив в промежутке всю историю Римской Империи и Средневековье. После расцвета и распада Древней Греции естественные науки практически не развивались, так же как не развивалось и производство. Возник особый тип средневекового схоластического мышления, который сейчас очень трудно понять. На его формирование несомненно повлиял характер ремесленного труда: использование веками одних и тех же приемов, методы обучения, состоящие в следовании образцам, традиция сохранять секреты ремесла. Для схоластики тоже характерны эти черты. Само знание хранилось, как секрет, и раскрывалось, как посвящение в тайну. Методы изучения наук — это следование правилам: «так надо» — «так не надо», «да» — «нет». Вопрос «почему?» не возникал. Требовалось запоминать рецептуру науки до мельчайших деталей, чтобы иметь возможность действовать точно по сценарию, практически уже не думая. Знание должно было учить, как обходиться без мышления. Уточнять знание означало двигаться все время в рамках все более детализированных предписаний: «так!» — не так!».

При схоластическом строе мышления оказались возможны высочайшие достижения в искусстве. Средневековье оставило такие образцы. И это не случайно, так как в системе схоластики каждый объект воспринимается как нечто загадочное, уникальное, возникает ощущение глубокой связи между объектом и самим исследователем. Но, к сожалению, в естественных науках такое мироощущение совершенно не годится. Лишь в XVI-XVII веках начинает создаваться, а точнее, возрождаться естественнонаучный метод изучения природы.

Научные революции всегда определяются тем, какие личности действуют в данный момент на исторической сцене. Но личности реализуются под влиянием обстоятельств. Напомним, что XVI-XVII века — время географических открытий, кругосветных путешествий, первых шагов в освоении Америки, время создания мануфактур, национальных государств. В это время изобретена подзорная труба, выполнены замечательные астрономические наблюдения, произошли серьезные изменения в представлениях людей об окружающем мире.

В науке XVII век — это героическое время Кеплера, Галилея, Торичелли, Паскаля, Ферма, Гюйгенса, Лейбница (можно было бы продолжить этот блестящий список). Но, пожалуй, два человека — Декарт и Ньютон — в наибольшей степени ответственны за глубокую революцию в научном сознании, произошедшую в XVII веке. О них, в основном, и пойдет наш рассказ. Проблема вакуума в этот период была связана с описанием движения тел в пространстве, то есть была частью механики. Выделенная роль Ньютона в этом вопросе не вызывает сомнений, но, может быть, нужно объяснить, почему именно Декарту здесь оказывается «предпочтение» по сравнению с другими, во многих отношениях ничуть не менее замечательными людьми. В особенности требует пояснений, почему сравнительно мало места в дальнейшем будет отведено Галилею.

Дело в том, что мы пытаемся пройти определенный путь к XX веку, не оставляя по дороге существенных пробелов в развитии идей. Возможно, есть и другой путь. Наука в большой степени коллективный процесс, и, за небольшим исключением, мысли, высказываемые одним исследователем, в какой-то форме находят отражение и у ряда других. На каждом пути есть свои вершины, но существуют такие, которые нельзя обойти, какую бы дорогу не выбирать. Выбор действующих лиц будет достаточен для выполнения нашей программы, и он не будет казаться странным, если вкратце рассказать о том, как люди думали на рубеже XVI-XVII веков и каковы, в частности, были представления Галилея о природе движения.

Галилей осуществил серию замечательных опытов и установил законы свободного падения, доказав, что тела падают с постоянным ускорением, одинаковым для всех тел. (В механике Аристотеля ускорение падения пропорционально весу тела.) В современных обозначениях он установил формулу, которую проходят в школе:

h = ? ? gt² + vt,

где h — пройденный путь, t — время движения, v — начальная скорость, g — ускорение свободного падения. Сам Галилей формулами не пользовался, но это момент второстепенный. Важно, что он не считал свободное падение движением, которое осуществляется под действием какой-то внешней силы. Для него это проявление естественного внутреннего стремления тел к центру в чисто аристотелевском духе. При этом он рассматривал свободное падение как выделенный класс движений, а не частный случай общего явления — ускоренного движения тел под действием силы (в данном случае силы тяжести). Указанное обстоятельство, к сожалению, не отмечается в школьных учебниках.

Для Галилея, как и для Аристотеля, природа упорядочена, в ней тела занимают или стремятся занять «естественные» места, а силы — это то, что препятствует «естественному» порядку. У Галилея появляется новый очень важный элемент: равномерное движение для него уже не процесс, требующий причины (так было у Аристотеля), а состояние, которое длится, пока внешний объект его. не нарушит. В этом знаменитый принцип инерции Галилея. Однако, есть маленькая деталь, о которой обычно не упоминается в стандартных учебниках физики: для Галилея состояние свободного равномерного движения, в котором пребывает тело, если на него не действуют силы, — это движение по кругу. Именно такое движение является «естественным». Действуя как естествоиспытатель, Галилей установил в механике ряд правильных закономерностей, что, кстати, Декарту сделать не удалось, но как философ, если иметь ввиду общие представления о движении, Галилей в значительно большей степени, чем Декарт, находится в Средневековье.

Ошибкой было бы воспринимать сказанное как попытку принизить роль Галилея в истории физики. К слову сказать, результаты, полученные Галилеем, его личность и методы его работы автору настоящей книжки импонируют гораздо больше, чем все то же, связанное с Декартом. И если уж обсуждать сравнительное место Галилея в науке, то нельзя не упомянуть об его удивительных астрономических наблюдениях, которые открыли новые измерения в представлениях людей об окружающем мире. Пусть читатель примет к сведению это «лирическое отступление», когда в дальнейшем на страницах книги столкнется с другими примерами «предпочтения» одних героических фигур в науке другим.

Рассказывая об истории вакуума в этот период, нельзя не вспомнить знаменитый опыт Торичелли, предмет современной школьной программы. Этот опыт был важен психологически для подрыва средневекового тезиса о «боязни пустоты» в природе, но не был, конечно, доказательством существования пустоты. (Речь идет об известном опыте с трубкой, заполненной ртутью и опущенной открытым концом вниз. Вся ртуть не вытекает из такой трубки — остается столб, высотой примерно 760 мм, а сверху, у запаянного конца, образуется область «пустоты».) Идея эксперимента возникла после того, как флорентийские водопроводчики обнаружили, что вакуумные насосы не способны поднимать воду на высоту более 10 м (такая высота воды эквивалентна 760 мм ртутного столба). Интересна прагматическая реакция Галилея на первую информацию о явлении, впоследствии исследованном в опыте Торичелли: природа боится пустоты только до 18 локтей (в единицах, используемых Галилеем), а сверх того — «боязни пустоты» уже недостаточно, чтобы удержать воду.

Позже Декарт подсказал Паскалю идею повторить опыт на большой высоте. Паскаль установил, что длина ртутного столба зависит от положения трубки над уровнем моря, а также от метеорологических условий. Сам факт, что ртуть в трубке не опускается, почти сразу был связан с существованием и давлением атмосферы. «Пустота» над поверхностью ртути была правильно интерпретирована как область со значительно большим разрежением, чем воздух у поверхности Земли.

Теперь мы вернемся к основной теме этой главы.