Торжество механики

Научный метод, за который боролся Бруно, о котором рассуждал Бэкон, великолепно использовал Галилео Галилей. Он, создав лучший для того времени телескоп, наблюдал «моря» на Луне, открыл пятна на Солнце, а также скопления звезд Млечного Пути. Подтвердилась гипотеза о множестве солнц и возможности обитаемых миров.

…Закономерности физики, механики, астрономиии наиболее четко выражаются в математической форме. Представители этих трех наук были одновременно и математиками. Вообще, нередко достижения математиков влекли за собой открытия в механике, физике, астрономии.

Обычно предполагается, что открытия в естествознании начинаются с экспериментов, наблюдений. Но для фундаментальных открытий требуется продуманный эксперимент, целеустремленные наблюдения. Мысль ученого опережает действие. Поэтому абстрактные решения задач математики порой стимулируют открытия в так называемых точных науках.

Виет Франсуа

Виет (Вьет) Франсуа (1540–1603) – французский математик, юрист. Родился в Пуату. При короле Генрихе IV был членом тайного королевского совета. Интересуясь астрономией, освоил тригонометрию и алгебру. В работе «Введение в аналитическое искусство» (1591) изложил теорию алгебраических уравнений и предложил новые приемы решения уравнений 2-й, 3-й и 4-й степени, рациональные преобразования корней. Он постарался связать тригонометрию и алгебру.

Ценным его достижением было введение буквенных обозначений не только для неизвестных величин, что бывало и раньше, но и для данных, то есть коэффициентов в арифметике, алгебре, тригонометрии. Теперь можно было выражать свойства уравнений и их корней общими формулами; действия над уравнениями упрощались. Устранялись путаница и неточности, которые вызывали словесные обозначения.

Специалисты в той или иной области знаний составляли узкий круг лиц. Они нередко находились в научной переписке или следили за появлением новых работ. Между ними происходили дискуссии, а то и перебранки. При этом не всегда обнаруживалась истина, зато оттачивались идеи, отбрасывались сомнительные гипотезы и возникали новые. Порой трудно определить, кто первым высказал ту или иную перспективную идею.

В истории науки и техники упоминается ограниченное число ученых. Но ведь не только они осуществляли научный и технический прогресс. Наука – творение содружества ученых, порой остающихся безымянными.

Стевин Симон

Стевин Симон (1548–1620) – нидерландский ма тематик, физик, инженер. Родился в Брюгге в состоятельной семье, получил среднее образование и 10 лет путешествовал по Европе, изучая науки. Преподавал в Лейденском университете, занимал должность главного инспектора над гидротехническими сооружениями Голландии. В трактате «Десятина» (1585) изложил методы вычислений с десятичными дробями и предложил использовать десятичную систему мер.

Свои исследования и открытия опубликовал в трактате «Принципы равновесия» (1586). Он нашел важнейшие закономерности гидростатики. В частности, доказал: давление на дно сосуда зависит только от площади дна и высоты жидкости, но не от формы сосуда. Это он продемонстрировал с помощью изящного опыта. Килограмм воды, находящийся в сосуде в виде узкой трубки при широком дне, оказывает на него такое же давление, как тонна воды, помещенная в расширяющийся сосуд при такой же площади основания и той же высоте столба.

Он дал правило равновесия трех сходящихся сил в виде замкнутого треугольника. Теоремы о параллелограмме сил и условий равновесия сил на плоскости получил, рассматривая один из проектов вечного двигателя. Имеется разносторонний треугольник с горизонтальным основанием. На него кладут, скажем, четки из одинаковых шариков. Даже при отсутствии трения они будут находиться в равновесии: шарики, лежащие на крутой стороне треугольника, будут уравновешивать большее их количество, лежащее на пологой стороне.

Стевин доказал на опыте, что тела разной массы падают с одинаковой скоростью. Разлагая вес груза, находящегося на наклонной плоскости на одну часть, ей параллельную, и другую – перпендикулярную к ней, он получил теорему о параллелограмме сил. В удивлении от этого результата он записал: «Это чудо и не чудо!»

Непер Джон

Непер Джон (1550–1617) – шотландский математик. Изобрел логарифмы приблизительно в 1595 г. Изложил свое учение в трактате «Описание удивительной таблицы логарифмов» (1614). Дал определение логарифмов, объяснил их свойства, представил таблицы логарифмов синусов, косинусов, тангенсов и приложения логарифмов в сферической тригонометрии. Этим он значительно облегчил технику вычислений, относящихся к астрономии, физике, механике.

При очевидной коллективности научного творчества нельзя забывать и роль отдельных личностей. Великие открытия делают незаурядные люди. Дело тут не в каких-то особых качествах мозга. Сказывается именно личность исследователя, склад его характера, сила воли, упорство в достижении цели, самоотверженность и честность в исканиях истины.

Галилей Галилео

Галилей Галилео (1564–1642) – итальянский физик, астроном, механик, мыслитель. Происходил из знатной, но обедневшей флорентийской семьи. Отец, талантливый музыкант, постарался дать сыну хорошее образование.

Галилео Галилей. Художник Ю. Сустерманс

После школы Галилео воспитывался в монастыре, учился в Пизанском университете, изучая преимущественно медицину.

Он собирался стать живописцем. Но вышло иначе. Он познакомился с трудами античных мыслителей, Аристотеля. Физика прославленного философа вызвала у него сомнения. (Галилей полагался на свой разум; говорил, что тот, кто ссылается на авторитеты, должен называться «доктором зубрежки», а не философии.)

Отец предложил ему прочесть математические сочинения Евклида и Архимеда. С этого началось увлечение Галилео геометрией и механикой. Написав несколько статей по математике, он получил соответствующую кафедру в Пизанском, затем в Падуанском университете.

«Падуанский период жизни Галилея (1592–1610), – писал С. И. Вавилов, – время наивысшего расцвета его деятельности… В это время возникли его статические исследования о машинах, в которых он исходит из общего принципа равновесия, совпадающего с принципом возможных перемещений; созрели его главные динамические работы о законах свободного падения тел, о падении по наклонной плоскости, о движении тела, брошенного под углом к горизонту, об изохронизме. К этому периоду относятся важные исследования о прочности материалов, о механике тела животных; наконец, в Падуе Галилей постепенно стал вполне убежденным последователем Коперника».

Узнав о том, что в Голландии изобрели зрительную трубу, Галилей построил первый телескоп с выпуклым объективом и вогнутым окуляром, дававший увеличение после усовершенствования в 32 раза. Галилей первый понял, что у него в руках великолепное орудие для познания звездного неба. Он вел наблюдения за небесными телами, а их результаты публиковал в периодическом «Звездном вестнике» (1610–1611).

В Венеции он познакомил влиятельных граждан с удивительным прибором. «Здесь в него с большим удивлением смотрело почти все высшее дворянство этой республики непрерывно в течение месяца, – писал Галилей, – отчего я чрезвычайно устал. Наконец, по совету некоего моего восторженного покровителя, я представил инструмент Дожу на пленуме Совета… Великодушие этого яснейшего князя выразилось в вознаграждении меня за представленное изобретение пожизненным закреплением за мной кафедры в Падуанском университете с удвоением моего жалования по сравнению с тем, кое я имел раньше, что означало втрое больше, чем у какого-либо моего предшественника».

Немецкий историк физики начала ХХ в. Э. Гоппе сострил: мол, ученый руководствовася вовсе не научным расчетом. «Расчет был совсем в другой области, и притом вполне правильный, ибо Совет дожей в награду 25 августа 1609 года повысил оклад Галилея втрое». (Уточним: вдвое. – Р. К.)

Следует отдать должное Совету дожей: ведь ученый потратил немало средств на создание своих приборов, обработку линз. Э. Гоппе проявил себя истиным буржуа, сведя все к деньгам и не подумав о том, что во времена Галилея популяризация астрономических знаний имела огромное значение; кое-кто считал подобные наблюдения блажью, а то и святотатством.

Верно оценил поступок великого ученого С. И. Вавилов: «С тех пор как труба была повернута Галилеем на звездное небо, она стала основной частью физики и важной технической отраслью».

Создав телескоп, Галилей обнаружил горы и «моря» на Луне, движение спутников Юпитера, подвижные пятна на Солнце, фазы Венеры, скопления звезд Млечного Пути. Галилей отметил: «Ни мой разум, ни мои рассуждения не в состоянии остановиться на признании мира либо конечным, либо бесконечным». Этот принцип незнания (назовем его так) слишком часто забывают ученые, уверовавшие в свои теории.

В 1611 г. он приехал в Рим, где его приветствовали ученые иезуиты и благосклонно приняли в Ватикане. Князь Федерико Чези принял его в свою Академию Рысьеглазых. На гербе этой первой академии наук под изображением рыси было начертано: «Мудрее, чем она». Обладая зоркостью рыси, ученый должен познавать суть явлений.

Через два года в инквизицию поступил донос доминиканского монаха, обличавшего Галилея как еретика. Положение ученого осложнилось, когда книгу Коперника включили в список запрещенных (1616).

Осенью 1624 г. он послал Федерико Чези микроскоп. (Ученый называл этот прибор «очиалино», то есть «очечко», а телескоп – «очиале», «очок» или «перспициллум» – «перспективник». Термин «микроскоп» предложил член Академии Фабер, а «телескоп» – его коллега Демизиани.) В письме Галилей сообщил, как им пользоваться, и добавил: «Я наблюдал очень много зверушек с бесконечным восхищением. Вообще здесь можно без конца созерцать величие природы, сколь тонко она работает и с коей несказанной тщательностью».

Сказано без ссылки на творческую мудрость Бога. Подлинный естествоиспытатель имеет в виду только Природу.

Он написал трактат «Пробирщик» (1623) – о трех наблюдавшихся пятью годами раньше кометах, считая их испарениями Земли, поднявшимися за пределы атмосферы и освещенными Солнцем. В том же году новый папа Урбан VIII, покровитель наук и искусств, позволил ему опубликовать «Диалог о двух главнейших системах мира» (1632).

Несмотря на то что книга, разрешенная цензурой, имела большой успех (или именно поэтому), инквизиторы вскоре запретили ее продажу, вызвав автора в Рим на суд. После четырех допросов Галилей 22 июня 1633 года отрекся от учения Коперника и на коленях публично покаялся в церкви. Его стали считать «узником инквизиции», хотя он и оставался на свободе.

Подписав отречение, он не изменил своим взглядам, прекрасно понимая: научно доказанная истина со временем восторжествует. (И Бруно, как мы знаем, пошел на костер не ради идеи бесконечной Вселенной; он отстаивал достоинство личности, проявив «героический энтузиазм».)

Верность своих выводов Галилей подтвердил через 5 лет, опубликовав «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению». В ней доказаны некоторые законы механики и предложен эксперимент по определению скорости света. В книге нет ссылок на Священное Писание – только на эксперименты.

Галилей отдавал в вопросах познания первенство науке. Библейским текстам оставлял роль нравственного учения. «Философия, – по его словам, – настоящая духовная пища тех, кто может ее вкушать… Кто устремляется к высшей цели, тот занимает более высокое место; вернейшее же средство направить свой взгляд вверх– это изучать великую книгу Природы, которая и составляет настоящий предмет философии». Если Природа – творение Бога, через нее человек непосредственно познает Его замыслы и законы. Библия же написана людьми. «Ни одно изречение Писания не имеет такой принудительной силы, какую имеет любое явление Природы».

Разрабатывая законы механики, он порой предварял мыслью дело. Путем логичных рассуждений пришел к мысли: ускорение свободного падения не зависит от массы тела. Обосновал это так. Предположим, легкое тело падает медленнее тяжелого. Соединив их, получим более массивное. Оно должно было бы падать еще быстрее. Но из сложения скоростей первых двух тел получается, что оно должно падать медленней. Значит, ускорение не может быть ни больше, ни меньше, а останется постоянным для всех трех тел. Придя к такому решению, Галилей доказал его, бросая шары с Пизанской башни (некоторые историки сомневаются в том, что он проводил такие эксперименты). Под «призором» инквизиции, болея и теряя зрение, он работал. Изложил свои исследования по механике и физике, Галилео первым перешел к подлинно научным исследованиям. Он писал ясно, доходчиво, пробуждая в других жажду познания. Учил не поддаваться иллюзиям и общепринятым взглядам: «Бесчисленное множество людей занимается ныне наукой, и счастлив тот, кто, движимый необычным внутренним светом, способен выбраться из темных и запутанных лабиринтов, по которым он мог бы до скончания века блуждать вместе с толпой, все более и более удаляясь от выхода».

В Мироздании, основанном на законах механики, все меньше оставалось места для Бога. Ему отводилась роль Творца, придавшего машине Вселенной первоначальное движение.

Правда, земная природа – равнины, реки, горы, моря, облака, песок, глина, растения… – сложна, загадочна и не демонстрирует великолепного порядка, который мыслители Античности называли Космосом. Для объяснения этого было два пути.

Можно считать, что и земная природа подчиняется математическим закономерностям, но более сложным, чем «космическая механика». И тогда дальнейшая математизация знаний – главнейшая задача науки.

Но можно по стопам Бруно утверждать единство материи, жизни, сознания (пантеизм). Тогда надо перейти от общих рассуждений к выработке методов конкретных наук о Земле и Жизни.

Мерсенн Марен

Мерсенн Марен (1588–1648) – французский ма тематик, физик, музыковед, организатор науки. Выходец из крестьянской семьи, окончил иезуитский колледж Ла-Флеш, где отлично преподавали науки. В 1611 г. вступил в орден францисканцев и провел 28 лет в монастыре, занимаясь научными исследованиями. Вел обширную переписку с учеными и создал «незримый колледж» (первым предложил такое название Роберт Бойль), неофициальное сообщество ученых. Дружил с философом-материалистом и ученым Пьером Гассенди.

Научных журналов тогда не было; специалисты обменивались в письмах и при встречах своими открытиями и сомнениями. На основе кружка Мерсенна возникла Парижская академия наук (1666). Он первым определил скорость звука в воздухе, изучал движение жидкостей и законы качаяния маятника, написал труды по истории музыки. Его взгляды оказали влияние на творчество Рене Декарта и Пьера Ферма.

Существует одна не всегда замечаемая грань, отделяющая науку профессиональную от любительской. Чтобы показать это различие, вспомним о выдающихся научных достижениях Леонардо да Винчи. О них убедительно и полно написал историк науки В. П. Зубов:

«Леонардо предугадывает ряд важнейших технических и научных открытий XVI – XVII веков: он изучает законы сопротивления материалов, которые позднее будет изучать Галилей, законы гидростатики, изучаемые в середине XVII века Паскалем, законы трения, изучаемые Амонтоном (1699) и Кулоном (1781), кладет начало теории волн, позднее разрабатываемой Ньютоном и другими, формирует основные принципы теории окаменелостей, которой на протяжении всего XVI и XVII веков придется бороться за свое признание, изучает законы филлотаксиса (расположения листьев на стебле растения) до Броуна (1658), пепельный свет Луны до Местлина (1596); он занимается определением центра тяжести тел, в частности, пирамиды, до Мавролика, приближается к статике и понятию статического момента, ему известно сложение и разложение сил; в динамике, изучая падение тел, он приходит к установлению пропорциональности скоростей временам…

Он упоминает о диффракции света, наблюдает явления капиллярности, предвосхищает закон сохранения энергии, отвергая возможность perpetuum mobile. Многие изобретения, которые приписывались другим, как пропорциональный циркуль, анемометр, механический вертел, уже описаны в его манускриптах… Ряд машин и орудий – сверлильная, прокатная, стригальная, овальный патрон для токарного станка и много других – заново изобретены позднее. И все это венчают мастерские анатомические рисунки, сделанные опытною рукою художника, с целой программой сравнительно-анатомических и физических исследований».

После такого перечня сочтешь великого Леонардо основоположником науки Нового времени. Однако он остался вне научного сообщества. Не публиковал свои научные труды. Его записи были сравнительно поздно изучены и расшифрованы (он засекретил ряд своих текстов). Его провидения не повлияли на развитие науки и техники. Лишь в конце XVIII в. после итальянских побед Наполеона рукописи Леонардо привезли во Францию и передали Национальному институту. Тогда же с ними ознакомился и сделал о них сообщение итальянский ученый Вентури.

…Множество замечательных идей «витает в воздухе», существует в умах, а то и в записях талантливых людей. Но только в научном сообществе они, словно семена, попавшие на благодатную почву, обретают жизнь, участвуя в процессе накопления знаний и постижения природы.