«Мыслящий тростник»

Почти все мыслители XVIII в. были одновременно учеными, философами, нередко – писателями, часто изобретателями. В мир науки вторглась новая техника, раскрывающая потаенные облики природных объектов и позволяющая исследовать их на основе точных измерений.

Томас Гоббс математику считал основой научных знаний, а физику называл прикладной математикой. Такое мнение утвердили в нем «Начала» Евклида. По мнению Гоббса, существует только материя, а Бога следует считать «чистейшим, простейшим, невидимым материальным духом».

Гоббс Томас

Гоббс Томас (1588–1679) – английский философ, натуралист, социолог. Родился в семье сельского священника. С четырех лет стал учиться в церковной школе, завершив образование в Оксфордском университете. Став гувернером в знатной семье, побывал во Франции, Германии, Италии, обогащая свои знания наук и философии. На его взгляды оказали влияние Ф. Бэкон, Галилей, Декарт.

Томас Гоббс. Художник Дж. М. Райт

Его первые трактаты: «Человеческая природа» и «О политическом теле» (1640). 10 лет спустя увидело свет самое крупное его сочинение «Левиафан, или Материя, форма и власть государства церковного и гражданского». Он утверждал: «Жизнь есть лишь движение членов, начало которого находится в какой-нибудь внутренней части».

«Не можем ли мы разве сказать, что все автоматы (механизмы, движущиеся при помощи пружин и колес, как, например, часы) имеют искусственную жизнь?.. Что такое сердце, как не пружина? Что такое нервы, как не такие же нити, а суставы, как не такие же колеса, сообщающие движение всему телу…» Вдобавок «ощущение во всех случаях есть по своему происхождению лишь призрак, вызванный… давлением, т. е. движением находящихся вне нас объектов на наши глаза, уши и другие предназначенные для этого органы».

Гоббс предложил образ чудовища Левиафана, олицетворявшего государство. «В этом Левиафане верховная власть, дающая жизнь и движение всему телу, является искусственной душой; магистрат и другие представители судебной и исполнительной власти являются искусственными суставами; награда и наказание… представляют собой нервы…» и т. д.

Некогда люди находились в состоянии вражды ради личных интересов и «тщеславного самолюбия» при войне всех против всех. Чтобы прекратить ее, объединились в государство. Оно бывает трех видов: монархия (единовластие), аристократия (власть немногих) и демократия (власть большинства). Первая наилучшая для крупного государства и в трудных ситуациях, когда приходится оперативно принимать решения. Тут необходима диктатура.

Люди вынуждены поступиться свободой, ибо «вне государства – господство страстей, война, страх, бедность, мерзость, одиночество, варварство, дикость, невежество; в государстве – господство разума, мир, безопасность, богатство, благообразие, взаимопомощь, утонченность науки, доброжелательство». Религия обеспечивает повиновение народа светским и церковным владыкам: «Страх перед невидимой силой, придуманной умом или воображаемой на основании выдумок, допущенных государством, называется религией, не допущенных – суеверием».

Гоббс считал государственную систему механизмом, но ошибочно отождествлял ее с обществом и уподоблял человеку. Рисуя страшную картину «естественного состояния человека», он исходил из личного опыта. Гражданские войны, погоня за наживой, яростная борьба за власть и общественные богатства – характерные черты периода установления капитализма. Ничего подобного у первобытных племен нет.

Философия Гоббса имеет важное качество научного исследования: она исследует познаваемое, не обращая внимания на все прочее. А среди прочего оказываются величие и трагичность человеческого бытия, тайна жизни и смерти…

Вечные темы были главными в творчестве Б. Паскаля. Он остро чувствовал бесконечное одиночество человека перед неизбежной бездной небытия и бесконечную малость – перед непостижимостью Мироздания:

«Я не знаю, кто дал мне место в этом мире, ни что такое я сам. Я нахожусь в страшном неведении всего… Я вижу обнимающее меня пространство Вселенной, сам же прикован к небольшому уголку этого необъятного протяжения, не ведая… почему данное мне малое время назначено мне в этот, а не в другой момент как всей предшествующей, да и всей последующей вечности».

Паскаль Блез

Паскаль Блез (1623–1662) – французский математик, физик, писатель, философ, изобретатель, религиозный мыслитель. Редкий пример проявления столь многих дарований за недолгую жизнь.

Отец его, Этьен, был преподавателем математики, интересовался историей и литературой, знал языки. Он обучил математике и латыни свою первую дочь Жильберту. В детстве единственным воспитателем и учителем мальчика был отец (мать рано умерла).

Опасаясь за здоровье болезненного сына, Этьен Паскаль не спешил обучать его геометрии, возбудив тем самым у него интерес к этой дисциплине. Маленький Блез стал искать соотношения между «палками» и «кольцами», составляя фигуры, выясняя их свойства, и пришел к доказательству Евклидовой теоремы: сумма внутренних углов треугольника равна сумме двух прямых.

Блез Паскаль. Неизвестный художник

Приведя этот случай, писатель М. М. Филиппов сделал вывод: «Из всех великих ученых Паскаль более кого бы то ни было имеет право на титул преждевременно развившегося и столь же преждевременно погибшего гения». Надо лишь учесть: геометрические закономерности достаточно просты для того, чтобы о них мог догадаться мальчик, не лишенный сообразительности.

Отец ввел сына в научный круг М. Мерсенна (зародыш Парижской АН). В 16 лет Блез Паскаль исследовал конические сечения, решив ряд важных задач. В 18 лет стал изобретать вычислительную машину. Перепробовав полсотни вариантов, в 1645 г. сделал приспособление, выполнявшее, хотя и медленно, простейшие математические операции (арифмометр). Его прозвали «французским Архимедом».

Знакомство с азартным игроком подвигло Паскаля на исчисление вероятностей выигрыша при игре в кости («Трактат об арифметическом треугольнике», 1665). С этого началась теория вероятностей, которую Паскаль называл «математикой случая». Она раскрывает закономерность случайных событий.

Исходя из открытия Торричелли, он решил проверить, как сказывается атмосферное давление на подъем ртути в запаянной трубке. По совету Рене Декарта организовал опыты на равнине, горах, высоких строениях. Вычислил приближенно массу атмосферы и предложил измерять высоту местности с помощью барометра. А в гидростатике он установил «закон Паскаля»: давление на поверхности жидкости передается внутри ее равномерно во всех направлениях.

На этом основан принцип действия гидравлического пресса. В нем усилие, действующее на малый поршень, при передаче на большой поршень увеличивается во столько раз, во сколько площадь последнего больше площади первого. Это позволяет небольшим усилием вызывать огромное давление. Конечно, во сколько раз увеличивается давление, во столько раз меньше расстояние пройдет большой поршень по сравнению с малым.

В трактате «Новые эксперименты касательно пустоты» (1647) Паскаль показал, что подъем жидкости в приборе типа барометра объясняется атмосферным давлением. Но не решился опровергнуть принцип Аристотеля «природа страшится пустоты». По его словам, «невидимая и неощутимая, неслыханная и неведомая материя заполняет это пространство».

Со временем он забросил научные изыскания. Одна из причин: с отрочества его мучили сильные приступы головной боли. Когда они становились невыносимыми, он искал успокоения и утешения в религии. Ему помогали молитвы – один из методов самовнушения.

У Блеза рано выработалась культура логического мышления благодаря интересу к математике. Но для научных открытий, например, в физике, одного этого недостаточно. Он подошел к пределу своих возможностей. Не потому ли обратился к религии, философии, литературе?

Паскаль не стремился создать завершенную философскую систему. Он был идейным противником Декарта, испытывая к нему личную непрязнь на религиозной почве; впрочем, Декарт платил ему той же монетой.

Его «Рассуждение о любовной страсти» (1652) исполнено оптимизма и эпикурейства. Причиной трактата стала влюбленность в сестру губернатора провинции. Это было своеобразное объяснение в любви. Он сознавался, что испытывает такое чувство, хотя и старается его не выдавать. Но тонкие намеки и робкие признания не достигли цели, и немолодой уже Блез отказался от «мирской суеты».

Поселившись в аббатстве Пор-Рояль, он написал «Письма провинциала» – сатиру на иезуитов. Задумал «Апологию христианской религии», написав лишь отдельные фрагменты. То же относится к его высказываниям о жизни, Боге, человеке, познании, изданным благодаря стараниям друзей и родных под заглавием «Мысли» (1670).

Философ отдавал дань времени, используя логику торговца. Он рассудил, что верить в Бога выгоднее, чем отрицать его бытие: ведь если Бога нет, то неважно, как ты относишься к этому образу, но если Он есть, то неверующий явно проигрывает.

Его «Мысли» показывают мастерство автора, умевшего высказываться кратко, точно и красочно. Хотя иные его мысли спорны. Например: «Весь род людской в течение всех веков должно рассматривать как одного и того же человека, который всегда существует и беспрерывно научается».

Первая часть афоризма если и верна, то отчасти: человечество едино при резкой разнородности его частей; это организм своеобразный, вряд ли напоминающий человека.

Человечество создает все более могучую, изощренную технику? Да. Накапливает научные знания? Безусловно. Но как пользуется тем и другим? С какими целями и результатами? Почему ошибки одних поколений повторяют, а то и усугубляют последующие? Научились ли люди использовать на благо себе и земной природе творения гениев всех времен и народов?!

Тут есть над чем задуматься. Остается поблагодарить Паскаля за великое умение поставить интересную проблему.

В те времена четкого разделения наук не было. Физику называли экспериментальной философией, химию и минералогию причисляли к алхимии; астрономию – к астрологии, вместо геологии было горное дело…

Такая путаница вызывала немало недоразумений, мешала осмыслить некоторые эксперименты. А иные мыслители, в частности, Гоббс, утверждали, что физические опыты, проводимые в лаборатории, лишь затрудняют познание природных процессов. (В таком суждении, как это ни странно, есть своя доля правды.)

Герике Отто

Герике Отто (1602–1686) – немецкий физик, изобретатель. Происходил из знатной семьи. Учился в Лейпцигском, Гельмштадском и Йенском университетах, изучал преимущественно юридические науки, а затем математику, механику и фортификацию (шла Тридцатилетняя война, и эти навыки ему пригодились для защиты немецких городов). Примерно в 1635 г. он изобрел воздушный насос и стал изучать свойства воздуха и вакуума.

Желая положить конец спорам о пустоте, он писал: «Философы, которые держатся исключительно своих умозаключений и аргументов, не учитывая опыта, никогда не могут прийти к надежным и правильным выводам относительно явлений внешнего мира». С 1646 г., став бургомистром Магдебурга, он усовершенствовал свои опыты и через 8 лет показал их в присутствии императора Фердинанда III и его свиты.

Он издал книгу: «Отто Герике. Новые магдебургские эксперименты с пустым пространством. Описаны сначала пастером Каспаром Шоттом, членом общества Иисуса и профессором математики Вюрцбургского университета, ныне же изложенные самим автором в более совершенном виде и дополненные другими опытами» (1672). Примечательна ссылка на Шотта (1608–1666). Этот ученый богослов вел обширную переписку со многими учеными, содействуя распространению научных знаний, но и стараясь противостоять исследованиям, способным поколебать твердыню Средневековья. Он сообщил об экспериментах Герике и своих – на основе его приборов – в книге «Гидравлико-пневматическая механика» (1657). Пустоту Шотт отвергал, шутя: мол, она порождает лишь пустые бредни.

Отто Герике. Гравюра XVII в.

Отто Герике сначала пытался получить «пустоту» в просмоленной бочке, откачивая из нее воду. Но воздух ворвался в нее через поры и щели. Он заменил бочку медным шаром и усовершенствовал насос. Шар, когда из него откачали воздух, сплющился. Герике догадался: из-за сильного давления воздуха. Более прочный шар взорвался: на нем оказалось плоское место, которое не выдержало напора воздуха.

Изготовили два медных полушария диаметром 38 см. В одном был клапан для откачки воздуха. Их соединили с помощью кожаной прокладки, пропитанной воском и растительным маслом. Из шара откачали воздух. Две шестерки лошадей тянули полушария в разные стороны и не смогли их разъединить. Это сделали только две восьмерки тяжеловозов. (Добавим: на каждого из нас действует атмосферное давление в 15 тонн.)

Герике провел несколько опытов в пустоте, доказав, что звук в отсутствие воздуха не распространяется, в отличие от света. Каспар Шотт на основе экспериментов римского ученого Берти оспорил этот вывод. Но Герике доказал: в приборе Берти звук передавался через твердую стенку сосуда, к которой прислонялся часовой механизм.

Опровергая распространенное мнение, что воздух заполняет все межзвездное пространство, Герике писал: «Так как нижние слои воздуха сжимаются сильнее, чем верхние, – причем эта разница наблюдается не только на высоких горах, но даже и на башнях, – то отсюда следует, что воздух простирается недалеко от поверхности земли и что высота его, по сравнению с огромными расстояниями звезд, ничтожна».

Такое суждение доказывало существование атмосферы, окутывающей земной шар. Но Герике не стал оценивать ее толщину, хотя имел для этого неплохие возможности после того, как взвесил воздух, находящийся в замкнутом сосуде.

Отто Герике изобрел водяной барометр. Трубку с водой пришлось удлинить до четвертого этажа. Верх ее был стеклянным, а на поверхности воды установили деревянную фигурку. Она поднималась и опускалась в зависимости от увеличения или уменьшения атмосферного давления. На стекле имелась шкала с делениями. Герике сделал первый прогноз погоды на основе инструментальных наблюдений: «Когда в прошлом году разразилась памятная буря, то я определенно заметил особенное, необыкновенное изменение в воздухе. Воздух стал столь легким по сравнению с обычным его состоянием, что палец человечка в стеклянной трубке опустился до самого нижнего деления на ней. Когда я увидел это, то сообщил окружающим, что, несомненно, где-то разразилась гроза. Не прошло и двух часов, как в нашей местности уже свирепствовал ураган».

Одно из его изобретений воспринималось как занятный курьез. После того как У. Гильберт ввел в науку понятие «электричество» и построил первый электроскоп, О. Герике создал электрическую машину в виде шара из серы, насаженного на железную ось. При вращении шар электризовался рукой, потрескивал, светился, темноте, покалывал ладонь.

Аристотель утверждал, что пустоты быть не может, ибо в ней тела, не испытывая сопротивления, должны двигаться с бесконечной скоростью.

Было известно, что водяной насос поднимает воду только на 9–10 м. Галилей полагал, что это достигается благодаря силе вакуума, пустоты. В письме к нему (1630 год) генуэзский физик-любитель Джанбатиста Бальяни предположил, что причина – в давлении воздуха. Но доказать эту гипотезу удалось только Торричелли, Паскалю, Герике, Бойлю, Гуку.

Бойль Роберт

Бойль Роберт (1627–1691) – англо-ирландский химик, физик. Родился в родовом замке Лисмор в Ирландии (седьмым из 14 детей графа Корка). Учился в Итонском колледже, дружил с ребятами из простонародья. С 12 лет много путешествовал по Европе со старшим братом и воспитателем. Во Флоренции познакомился с инструментами Галилея и прочел его «Диалог о двух системах мира».

В 1643 г. Роберт возвратился в Англию, где разгорелась гражданская война. Он читал научные и философские труды, проводил химические опыты. Переехал в Оксфорд, где оборудовал лабораторию и пригласил в качестве ассистента и механика Роберта Гука. Это был верный выбор. Благодаря ему прославился Бойль как автор закона Бойля-Мариотта: объем газа при постоянной температуре обратно пропорционален его давлению (произведение данной массы идеального газа на его давление постоянно при постоянной температуре).

По словам М. Джуа: «В истории науки редко встречаются такие мыслители, как Роберт Бойль, в котором выдающаяся способность к аналитическому мышлению сочеталась с даром наблюдательности и искусством экспериментатора». Но последнее достоинство Бойля в немалой степени определялось талантами Роберта Гука, который усовершенствовал воздушный насос.

Роберт Бойль провел ряд исследований, опубликовав их результаты в книге «Новые физико-химические эксперименты, касающиеся упругости воздуха и ее следствий» (1660). Он доказал, что воздух обладает упругостью, что звук не распространяется в безвоздушном пространстве, что для горения необходим газ, входящий в состав воздуха.

Роберт Бойль. Неизвестный художник

Через два года в новом издании книги он добавил вывод, сделанный на основе экспериментов: «сопротивление сжатию (воздуха) удваивается с удвоением давления». Объяснение этого результата предложил ему в письме «искусный джентльмен мистер Ричард Тоунли» (так его охарактеризовал Бойль). Р. Гу к годом раньше обнаружил и отметил в дневнике, что упругость воздуха находится в обратном отношении к объему. Пожалуй, этот закон следовало бы назвать именами Гука и Тоунли – Бойля. А французский физик аббат Эдам Мариотт (1620–1684) сформулировал его через 15 лет после публикации Бойля.

Лондонское Королевское общество отдавало приоритет наглядным доказательствам. А они были получены Бойлем после серии опытов, результаты которых он опубликовал. Только тогда было признано открытие им закона постоянства при неизменной температуре произведения объема газа на его давление. Бойль основал экспериментальную химию, отделив ее от медицины и алхимии, но недооценивал значение гипотез, без которых невозможно продумать плодотворный опыт.

«Я смотрю на химию, – писал он, – не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на нее философ… Если бы люди принимали успехи истинной науки ближе к сердцу, нежели свои личные интересы, тогда можно было бы доказать им, что они оказывали бы миру величайшие услуги, если бы посвятили все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и не устанавливали бы никаких теорий, не проверивши предварительно их справедливости путем опытным».

Бойль не соглашался со Спинозой, считавшим истинным только логическое доказательство, а опыт – лишь подтверждением теории. Тем не менее в книге «Химик-скептик, или Сомнения и парадоксы химико-физики…» (1661) Бойль логически обосновал гипотезу строения вещества: свойства материальных тел определяются количеством, расположением и движением первичных частиц. Их число он предполагал значительным, в отличие от атомов Демокрита, четырех элементов Аристотеля, пяти стихий алхимиков. Он описал множество реакций и указал на индикаторы кислоты или щелочи (лакмусовая бумажка).

Бойль изучал горение, дыхание, обжиг металлов и обнаружил, что в этих процессах участвует какая-то составная часть воздуха, а также допоказал увеличение веса металла при обжиге. Он высказал понятие о химических элементах, отчасти повторив идею Пьера Гассенди. Полагал, что корпускулы, из которых состоят тела, остаются неизменными при различных превращениях тел. Научной теории на этих основаниях он не создал, не имея представления об атомном весе, а потому не перейдя к количественному анализу химических реакций, соединений.

Гюйгенс Христиан

Гюйгенс Христиан (1629–1695) – нидерландский математик, физик, механик. Родился в Гааге в семье писателя и политического деятеля Константина Гюйгенса. Учился на юриста в Лейденском университете, но увлекся математикой, завершил образование в Бредском университете и стал публиковать математические трактаты. Одним из первых исследований в области теории вероятностей стал его мемуар «О расчетах при игре в кости» (1657).

Христиан Гюйгенс. Гравюра XVII в.

Усовершенствовав телескоп, он открыл кольцо Сатурна, а также спутник этой планеты Титан («Наблюдение Луны Сатурна», 1656). В предисловии к трактату «Система Сатурна» (1659) отметил, что наблюдения свидетельствуют о верности «той изумительной системы, которую называют именем Коперника».

Одновременно с Р. Гуком он установил постоянные точки термометра – таяния льда и кипения воды. Гюйгенс изобрел маятниковые часы высокой точности. В 1663 г. его избрали первым иностранным членом Лондонского королевского научного общества, а при основании Парижской АН предложили пост председателя. В Париже он прожил с 1665 г. по 1681 г. Здесь вышло расширенное издание его трактата «Маятниковые часы». Об этой работе СИ. Вавилов отозвался так:

«Помимо подробного описания часов, изобретенных Гюйгенсом, и их теории, в трактате заложены основы динамики твердого тела, дан вывод формулы физического маятника, развита теория эволют, доказано, что эволюта циклоиды является также циклоидой, но только смещенной, и установлено свойство таутохронности движения тяжелой точки по циклоиде, которое теоретически может быть применено для построения абсолютно изохронного маятника. В этом же трактате содержится теорема о центробежной силе, применена теорема живых сил, в неясной форме и без специального названия введен момент инерции».

Гюйгенс определил ускорение силы тяжести в Париже, получив результат лишь на десятую долю процента ниже реальной, составляющей 980,9 см/сек?. В «Трактате о свете» (1690) разработал волновую теорию света (также одновременно с Р. Гуком), используя аналогию с распространением звука. Для объяснения чрезвычайно высокой скорости распространения световых волн выдвинул идею светового эфира, состоящего из частиц с почти идеальной твердостью и упругостью. От дальнейших рассуждений отказался: «Нам нет надобности исследовать… причины этой твердости и упругости, так как рассмотрение их завлекло бы нас слишком далеко от нашего предмета». (Это «далеко» ведет к идее космического вакуума.)

Гюйгенс объяснил двойное лучепреломление в кристалле исландского шпата структурой слагающих его «корпускул» в форме сфероидов. Он предположил: световая волна раздваивается в кристалле на сферическую, скорость которой во всех направлениях одинакова, и на эллипсоидную, соответствующую форме слагающих кристалл частиц. Измеряя преломление второго луча, он вычислил соотношение между его осями: 0,9.

Прекрасно высказался Гюйгенс по поводу возникновения кристаллов исландского шпата: «Для раскрытия столь сокровенных истин потребовалось бы гораздо большее познание природы, чем то, которым мы обладаем».

В работе «О причинах тяжести» Гюйгенс исследовал гравитацию и вплотную подошел к открытию закона всемирного тяготения. Однако по традиции он исходил из гипотезы «эфирных вихрей». В книге «Космотерос» писал о множестве обитаемых миров.

Проблема «пустоты» с древности вызывала жаркие споры. Философы и ученые предполагали ее отсутсвие или существование, придумывали взамен ее светоносную субстанцию, эфир… И каждое мнение имело веские основания!

Сказалось недоразумение: спорили о разных предметах. Правы были и сторонники, и противники существования вакуума (в переводе с греческого – «пустота» или «ничто»). С позиций философии, абсолютную пустоту заполнит любая земная или космическая среда. В этом смысле Архимед прав. Однако безвоздушное пространство пропускает световые лучи. А для распространения волновых колебаний нужна какая-то среда.

Опыты физиков доказали существование пустоты, не пропускающей звуковых волн. Значит, есть вакуум двух видов (и оба они относительны). Первый – технический – синоним безвоздушного пространства. Второй – вселенский – нечто особенное, элементарными опытами неуловимое, ибо пронизывает все материальные тела.

К этой загадочной субстанции мы еще вернемся, когда речь зайдет о квантовой физике. А сейчас вспомним того, кто первым определил скорость света.

Рёмер Олаф

Рёмер Олаф (1644–1710) – датский астроном и математик. Родился в г. Аргуусе. Закончил Копенгагенский университет, был учеником профессора математики и медицины Эразма Бартолина (1625–1698), открывшего явление двойного лучепреломления в кристаллах исландского шпата, позже объясненное Х. Гюйгенсом. С 1671 г. по 1681 г. Рёмер жил в Париже, проводя астрономические исследования в обсерватории. Затем преподавал в родном университете. Изобрел несколько астрономических инструментов.

Наблюдая 9 ноября 1676 г. выход из тени Юпитера его спутника, Рёмер отметил, что это произошло на 10 минут позже, чем 4 месяца назад. Почему? Он сделал верное заключение: Земля, двигаясь по своей орбите, удалилась от Юпитера на значительное расстояние, которое свет преодолел за 10 минут. О полученных результатах Рёмер доложил на заседании Парижской академии наук. Его подвергли резкой критике, а поддержал только один академик – Гюйгенс. Он пояснил, что разрабатывает волновую теорию света, и выводы Рёмера ее подтверждают.

Гюйгенс не был первым, предположившим волновую природу света. В 1648 г. о световых волнах написал в книге «Таумантис» чешский физик Ян Марко Марци (1595–1667). Ту же идею предложил итальянский физик и астроном иезуит Франческо Мариа Гримальди (1618–1663) в фундаментальной работе «Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге» (1665). Английский натуралист Роберт Гу к в своей «Микрографии» (1665) утверждал, что свет состоит «из потока биений, исходящих из источника».

…Не так-то легко установить приоритет в разработке той или иной научной идеи. Ее могут высказать и в виде предположения, гипотезы и, что наиболее весомо, как обстоятельно разработанную теорию.