Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона - Сергей Валянский

Но в это же время начинает развиваться и представление о волновой природе света, и родоначальником этой теории можно считать Декарта.

Ф. М. Гримальди (1618–1663) заметил, что если на пути узкого пучка световых лучей поставить предмет, то на экране, поставленном сзади, не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое им явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить его правильно не сумел. Он понимал, что это явление противоречит закону прямолинейного распространения света, а вместе с тем и корпускулярной теории, но не решился полностью отказаться от нее. Гримальди приписал наблюдаемые им явления волновым колебаниям, подобным ряби на воде или звуковым колебаниям, причем различные цвета имели различную длину волн, подобно музыкальным звукам.

К 1642 году — году смерти Галилея и рождения Ньютона, классическая картина мира была разрушена, и вскоре ее место заняли начальные положения новой. Ньютон разработал фундаментальные концепции новой картины мира, позже названной классической. Не менее значительны были и его открытия в оптике. Уже в 26-летнем возрасте он стал преемником своего учителя Барроу в качестве профессора кафедры математики, и его первые лекции касались оптики. В них он изложил свои открытия и набросал корпускулярную теорию света, согласно которой свет представляет собой поток частиц, а не волны, как утверждали Гюйгенс и Гук.

Ньютон считал свет истечением неких световых частиц — корпускул разного размера, которые производят различные колебания в эфире, заполняющем всю Вселенную.

Другой теории света придерживался Гюйгенс. В 1690 году он издал «Трактат о свете». Гюйгенс выдвигал волновую теорию света, но, в отличие от Гримальди, он и его последователи полагали, что волны образует не сам свет, а светоносный эфир. Обе теории — корпускулярная и волновая — имели своих последователей.

Благодаря блестящему сочетанию экспериментальной техники и логики Ньютон смог доказать, что цвета создаются не призмой или радугой, а являются компонентами обычного белого цвета. Его авторитет задержал решение этой проблемы примерно на 80 лет.

Примерно в те же годы интерференцию света исследовал английский физик Роберт Гук. Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды. При этом он обнаружил, что цвета зависят от толщины мыльной пленки или слюдяной пластинки. Гук подошел к изучению этих явлений с той точки зрения, что свет — это колебательные движения, распространяющиеся в эфире. Он даже считал, что эти колебания являются поперечными.

Явление интерференции света в тонких пленках Гук объяснял тем, что от верхней и нижней поверхности тонкой, например мыльной пленки происходит отражение световых волн, которые, попадая в глаз, производят ощущение различных цветов. Однако у Гука не было представления о том, что такое цвет. Он не связывал цвет с частотой колебаний или с длиной волны, поэтому не смог разработать теорию интерференции.

Скорость света была впервые определена датским астрономом Ремером в 1676 году. До этого времени среди ученых существовало два противоположных мнения. Одни полагали, что скорость света бесконечно велика, другие же, хотя и считали ее очень большой, но тем не менее конечной. Ремер подтвердил второе мнение. Он правильно связал нерегулярности во времени затмений спутников Юпитера со временем, которое необходимо свету для прохождения по диаметру орбиты Земли вокруг Солнца. Он впервые сделал вывод о конечной скорости распространения света и определил ее величину. По его подсчетам, скорость света получилась равной 300 870 км/с в современных единицах.

ИСТОРИЯ АСТРОНОМИИ

Итак, если угодно, предположим, что вся материя, из которой Бог создал видимый мир, была сначала разделена им на части, сколь возможно равные между собой и притом умеренной величины, т. е. средней между различными величинами тех, что ныне составляют небо и звезды. Предположим, наконец, что все они стали двигаться с равной силой двумя различными способами, а именно каждая вокруг своего собственного центра, образовав этим путем жидкое тело, каковым я полагаю небо; кроме того, некоторые двигались совместно вокруг нескольких центров, расположенных в универсуме так, как в настоящее время расположены центры неподвижных звезд; скорость, с которой они были движимы, была умеренная, иначе говоря, Бог вложил в них все движение, имеющееся в мире и ныне.

Астрономия возникла в глубокой древности. Сначала, может быть, на небо смотрели без интереса, но в некий момент люди стали искать в небесных явлениях какой-либо смысл. А кстати, расширение кругозора за счет вовлечения в разговор звездных событий способствовало развитию речи. И практический смысл тоже был: наблюдая за небесными светилами, можно определять направления как на суше, так и на море, а запоминание небесных явлений, происходящих периодически, привело к началу измерения времени и установлению системы календаря.

Так стало возможным предвидение сезонных явлений, что оказалось важным для практической деятельности, и в результате астрономия с самого начала своего развития приобрела религиозный и прикладной характер. Первые «каменные календари», где отмечались точки восхода и захода Солнца в дни равноденствий и солнцестояний, датируются каменным веком (Стоунхендж в Англии, «каменные сундуки» в Хакассии, «обсерватории» в Армении и т. д.).

Большое количество текстов, посвященных астрономическим наблюдениям, найдено в Египте, где по наблюдениям звёзд определяли периоды весенних разливов Нила, обусловливавших сроки земледельческих работ.

Китайские авторы относят возникновение астрономии как науки ко второму тысячелетию до нашей эры. Однако в Китае нет астрономических документов того времени. Астрономические знания Китая дошли до нас в очень неполном и часто искажённом виде. Они состояли в определении времени и положения среди звёзд точек равноденствий и солнцестояний и наклонения эклиптики к экватору.

В Аравии, где из-за дневной жары многие работы совершались по ночам, существенную роль играли наблюдения фаз Луны.

В Византии, где было развито мореплавание, и вопросы ориентирования были крайне актуальными, в особенности до изобретения компаса, получили развитие способы ориентирования по звёздам.

Наукой астрономия стала лишь тогда, когда от разрозненных сведений о небе перешли к их систематическому изучению, стали исследовать как особую часть природы, вне зависимости от того, нужно это для хозяйственной деятельности или нет.

Календари человечества

Мы настолько привыкли к календарю, что даже не отдаем себе отчета в том, как велико его значение в нашей жизни. Без упорядоченного счета времени никакая культура невозможна!

Календарем называют определенную систему счета продолжительных промежутков времени с подразделениями их на отдельные более короткие периоды (годы, месяцы, недели, дни). Само же слово календарь произошло от латинских слов caleo — провозглашать, и calendarium — долговая книга. Первое напоминает о том, что раньше людям публично сообщали о начале нового момента в отсчете времени; иногда даже о начале каждого нового часа. Понятно, что это имело смысл только в крупных населенных пунктах, то есть уже при достаточном уровне развития общества. Второе значение показывает, что начало месяца или года было и временем расчетов, что имело смысл в еще более развитом обществе. Конечно, латинское название сравнительно молодое, но оно продолжает определенные исторические традиции.

Понятие времени появилось из наблюдения изменений, которым подвержены все окружающие нас материальные тела. А измерять промежутки времени оказалось возможным, сопоставляя эти изменения с явлениями, повторяющимися периодически. Таких явлений в окружающем нас мире несколько: смена дня и ночи, изменение фаз Луны, и, наконец, вращение Земли вокруг Солнца. Кажется, что здесь нет никаких проблем. Но они есть, и очень большие!

Во-первых, сутки (вращение Земли вокруг своей оси), месяц (вращение Луны вокруг Земли) и год (вращение Земли вокруг Солнца) несоизмеримы друг с другом, то есть большее нельзя поделить на меньшее без остатка. А во-вторых, трудно придумать систему, которая, с одной стороны, согласовывала бы все эти несоизмеримости, а с другой — была бы достаточно простой и понятной для большинства. Ведь календарь делается для народа, для его пользования. В развитии календаря находит отражение условия хозяйственного уклада народов. Как решалась эта проблема — и есть история календаря. Попытки согласовать между собой сутки, месяц и год привели к появлению трех видов календарей. Это: лунные календари, основанные на движении Луны и созданные с целью согласовать течение суток и лунного месяца; лунно-солнечные, согласующие между собой все три единицы времени; и солнечные, в которых приблизительно согласовываются сутки и год.