Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона - Сергей Валянский

С конца XV века многие науки начинают получать практическое воплощение. В частности, происходит резкий сдвиг в практическую область оптики, во многом благодаря трудам Леонардо да Винчи.

Леонардо да Винчи (1452–1519) родился в Винчи, близ Флоренции, и уже в 1480 году писал в Милане для доминиканской церкви св. Марии свою знаменитую «Тайную вечерю». В 1502 году он отправился путешествовать по Италии для обозрения крепостей, по поручению Валентина Борджиа; в 1507 году был занят сооружением мартезианского канала близ Милана; в 1509 — руководил постройкой канала св. Христофора. В 1511 году Леонардо да Винчи проявил большую деятельность при вступлении в Милан Людовика XII, а 1515 — при вступлении туда Франциска I. В следующем году он в качестве придворного живописца отправился с королем во Францию и умер здесь в 1519 году.

Его научные познания отличаются такой же разносторонностью, как и его практическая деятельность, и касаются не только теории искусств, но и математики, астрономии и описательных естественных наук. При всем том Леонардо не был обыкновенным энциклопедистом, относящимся пассивно к воспринятому; напротив, он обнаружил, особенно в понимании физики, такой мощный и обширный ум, что опередил свое время более чем на целое столетие.

Леонардо основательно изучил труды древних и вынес убеждение, что одно философское направление не способно двинуть физику вперед, тогда как приложение математики даст плодотворные результаты:

«Механика — истинный рай математических наук, потому что при ее посредстве можно вкусить от плодов математического познания».

Но вместе с тем ему было ясно, что прежде чем приложение математики сделается вообще возможным, наблюдение должно накопить достаточный запас фактических данных, и он особенно настаивает на необходимости наблюдения и систематического опыта для познания частных явлений, от которых далее можно подняться к общим законам.

Следуя такому приему, Леонардо устанавливает, что тело падает по наклонной плоскости тем медленнее, чем длина ее больше высоты; а затем, правда, без доказательства, высказывает замечательное положение, что тело падает по дуге скорее, чем по соответствующей ей хорде. Его представление о свободном падении тел тоже гораздо рациональнее общепринятых в то время, так как относительно нарастания скорости падения он находит, что ускорение это происходит в арифметической прогрессии. Задачу косого рычага Леонардо разрешает, заменив его теоретическим рычагом, плечи которого перпендикулярны к направлениям силы. Далее, мы находим у него знание явлений капиллярности, знание веса воздуха, стоячих водяных волн, трения и т. д. Физические работы Леонардо сохранились в виде разрозненных листков.

Идея союза науки и практики проявилась и в его оптических исследованиях. В «Атлантическом кодексе» и других манускриптах им были поставлены и решены задачи построения хода лучей в глазе, рассмотрены вопросы аккомодации и адаптации глаза, дано научное объяснение действия линз, зеркал и очков, изучаются вопросы аберраций; зарисованы каустические поверхности, приведены результаты первых фотометрических исследований, описаны технологии изготовления линз и зеркал.

Особо важными представляются объяснения Леонардо да Винчи перевернутых изображений, даваемых камерой-обскурой, поскольку, помимо изображений на картинах художников и возникающих в глазу человека, в те годы это был единственный пример действительного оптического изображения. Историческая роль камеры-обскуры состоит в том, что она четко разграничила понятия свет и зрение. Изучение бинокулярного зрения привело Леонардо да Винчи к созданию около 1500 года стереоскопа, он изобрел ряд осветительных устройств, в том числе ламповое стекло. В 1509 году им была предложена конструкция станка для шлифовки вогнутых зеркал, подробно описано изготовление параболических поверхностей.

Леонардо обнаружил разницу между распространением звуковых и световых волн, исследовал отражение и преломление звуковых волн, эхо, скорость звука и факторы, определяющие степень громкости, исследуя для этого законы, управляющие затуханием звука, посредством изменения расстояния между источником звука и ухом. В результате он создал некую перспективу звука, подобную законам оптической и изобразительной перспективы.

Леонардо серьезно интересовался оптикой, поскольку практические вопросы, связанные с оптикой, были близки к живописи, а главным в жизни Леонардо была, конечно, живопись. Считая живопись наукой, Леонардо писал:

«Наука живописи распространяется на все цвета поверхностей и на фигуры одетого ими тела, на их близость и отдаленность с соответствующими степенями уменьшения в зависимости от степеней расстояния. Эта наука — мать перспективы, т. е. учения о зрительных линиях».

Разносторонний гений Леонардо да Винчи вызволил, наконец, и механику из ее продолжительного летаргического сна. Но хотя он явно дал толчок новым исследованиям, его собственные работы при его жизни остаются в неизвестности.

В это время статика делает некоторые успехи, исходя из архимедовых данных, но динамика остается всецело в руках аристотелианцев. Распространение компаса ведет к новым наблюдениям над магнитной силой, однако только в начале следующего столетия Гильберт даст теорию земного магнетизма.

Европейская физика XVI века

Свойства переходной эпохи проявляются в XVI веке таким множеством противоположностей, что общая характеристика ее весьма затруднительна. Со всех сторон пробиваются к свету новые теории, везде ставятся новые цели, везде старое упорно восстает против нового, подкапывающегося под его существование; а так как старое и новое не в состоянии уничтожить друг друга, то они продолжают существовать рядом. Мы находим всюду борьбу противоположных мнений. Покоя нет на протяжении всего этого столетия, и лишь следующий, XVII век принесет решение большей части вопросов.

Оптика, как всегда, находит деятельных работников. Ход прямолинейных световых лучей при зеркальном отражении и преломлении продолжает быть предметом изучения, но настоящих физических исследований природы света еще нет.

Акустика и учение о теплоте остаются почти не затронутыми новыми веяниями. В отношении к учению о теплоте это, впрочем, неудивительно, так как и в древности этот отдел физики был в загоне, а следовательно, не существовало исходных точек для исследования в этой области. Теплота считалась стихией, к которой трудно подступиться, особенно за неимением прибора для измерения теплоты, ведь он был сконструирован лишь в XVII веке после многих неудачных попыток. Слово «температура» выражает понятие о смешении различных элементов, подобно употребляемому в медицине слову «темперамент»; этим термином обозначается равновесие между некоторыми неизменными противоположностями.

А вот застой в акустике удивителен, так как древность дала много указаний для ее разработки, и музыка достигла уже блестящих результатов. Гвидо из Ареццо (умер в 1050) изобрел систему линий для обозначения высот тонов, а сами тоны обозначил наименованиями ut, re, mi, fa, sol, la, к которым было впоследствии присоединено si. Жан де-Мер (1310–1360) стал употреблять в нотах головки для обозначения их продолжительности. Франк Кельнский (XIII столетие) разработал контрапункт, а голландцы довели до значительного совершенства строгую многоголосую композицию. В XVI веке итальянцы превзошли голландцев, и церковная итальянская музыка достигла высшего развития.

Но при всем этом только Галилей, основатель новейшей физики, принялся в XVII веке снова за акустические исследования.

Физика христианской Европы обнаруживает связь с прошлым непосредственнее других ветвей естествознания. Философия, математика и медицина подвергались предварительной разработке в руках арабов, физика же оживает только после знакомства средневековой Европы с византийскими подлинниками и долго продолжает развиваться именно там, где это знакомство может быть всего легче осуществлено, — в Италии.

XVI век можно вообще назвать веком переводов. В числе работавших на этом поприще выдаются Мавролик, Тарталья, Дюгамель, Ксиландр, Венаторий и другие. Переводами с греческого отличился Коммандино (1509–1575), врач и математик герцога Урбинского. Он перевел сочинения Архимеда, Птолемея, Аполлония, Паппа, Герона, Евклида и Аристарха. Увлеченный Архимедом, он пишет и самостоятельный трактат о центре тяжести тел.

Знаменитый итальянский математик Николай Тарталья (1501–1559) своим сочинением «Nuova scienza» («Новая наука»), написанном в 1537 году, положил начало разработке проблем динамики. Он исследует путь брошенного тела и находит его кривым от начала до конца, тогда как прежде, согласно Аристотелю, принимали, что брошенный снаряд летит сначала горизонтально, вследствие сообщенного ему насильственного движения, затем переходит в смешанное круговое движение и, наконец, когда сообщенное насильственное движение угаснет, снаряд падает отвесно вниз.