Жизнь науки - С. Капица

От опытов с магнитом и знакомства с однородными частями Земли мы переходим к общей природе всей Земли; и здесь принято решение философствовать свободно, пользуясь той же вольностью, с какой некогда египтяне, греки, римляне распространяли свои учения. Ведь множество содержащихся в последних заблуждений давно уже передано по наследству, как бы из рук в руки, новым писателям; держась за них, полузнайки блуждают среди вечного мрака. Древним, которые были как бы родителями философии – Аристотелю, Феофрасту, Птолемею, Гиппократу, Галену,– всегда следует воздавать подобающий им почет, так как от них распространилась и дошла до потомков мудрость. Но и наше время открыло и вывело на свет многое такое, что охотно приняли бы и они, будь они живы. Вот почему и мы, не колеблясь, решили изложить в виде правдоподобных гипотез то, что мы обнаружили благодаря долгому опыту. Будь здоров!

II. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ XVII ВЕКА

ГАЛИЛЕЙ

Галилео Галилей принадлежал к старинному, но обедневшему патрицианскому роду. Он родился в Пизе и большую часть своей долгой жизни прожил на севере Италии, лишь изредка посещая Рим. Одиннадцати лет вместе с отцом, известным музыкантом своего времени, он переехал во Флоренцию, где был отдан на воспитание в монастырь Валломброса. Раннее изучение греческого и латыни, несомненно, способствовало развитию блестящего литературного стиля Галилея. Однако под предлогом болезни глаз отец забрал сына из монастыря, и в 17 лет Галилей стал студентом медицинского факультета Пизанского университета. Здесь он впервые столкнулся с физикой Аристотеля; увлекшись механикой и математикой, Галилей оставил медицину. Вскоре он вернулся во Флоренцию, где провел несколько лет, занимаясь математикой. По совету отца он изучает Эвклида и Архимеда, и именно труды этих великих мыслителей древности оказали решающее влияние на формирование Галилея как ученого. К этому времени относятся его первые работы по гидростатике, приведшие к изобретению весов для определения удельного веса сплавов, и теоретические исследования о центре тяжести тел.

В 1589 г. Галилей получил кафедру математики в Пизе, а три года спустя он переехал в Падую и затем в Венецию. Этот период стал временем наивысшего творческого расцвета Галилея, период, который 30-летний профессор считал счастливейшим в своей жизни. К этому времени относятся его основополагающие исследования по механике: им был открыт изохронизм колебаний маятника, изобретен пропорциональный циркуль; в эти годы Галилей стал сторонником и пропагандистом системы Коперника. В Венеции он встретил девушку из простой семьи Марину Гамбу, от которой впоследствии у него было две дочери и сын; брак их не считался тогда законным.

Замечательным для наблюдательной астрономии стал 1609 год, когда Галилей впервые направил на небо построенную им зрительную трубу. Поразительные результаты наблюдений были незамедлительно опубликованы Галилеем в сочинении, торжественно озаглавленном «Звездный вестник».

Слава Галилея росла. С башни собора св. Марка Галилей демонстрировал звездное небо венецианскому дожу. Он стал «Первым философом и математиком Великого Герцога Тосканы» при дворе Козимо II Медичи. Поездка Галилея в 1611 г. в Рим была триумфальной. Ватикан принял его благосклонно и доброжелательно. Галилеи становится членом незадолго до этого учрежденной Папской Академии дей Линчеи (Рысьеглазых). Коперниковские взгляды Галилея никто не запрещает. Но вскоре общая историческая обстановка времени, связанная, в первую очередь, с ростом контрреформации, с обострением политической борьбы между Папой и протестантами, привела и к обострению борьбы идеологической. Недаром еще Лютер указывал на терпимость Рима к учению Коперника как на пример отступничества и упадка веры. Ватикан начал действовать.

В 1616 г. конгрегация из 11 доминиканцев и иезуитов объявляет учение Коперника нелепым и еретичным. Книга Коперника запрещается, а Галилею частным образом указали на недопустимость защиты этого учения. В 1623 г. на папский престол избирается Маффео Барберини, ставший Папой Урбаном VIII. Бывший кардинал был дружен с Галилеем и оказывал ему внимание; в этой обстановке Галилей считал возможным выступить с пропагандой коперниковского учения. В знаменитом «Диалоге о двух главнейших системах мира» (1637) учение Птолемея и Коперника развивается в виде беседы Сагредо, Сальвиати (двух друзей Галилея) и Симпличо (простака). Несмотря на наличие всех формальных цензурных разрешений на публикацию и даже устного согласия Папы, инквизиция потребовала суда над Галилеем. 69-летнего ученого вызвали в Рим. После четырех дней допроса и угрозы пыткой Галилея заставили произнести публичное отречение от учения Коперника. «Диалог» стал запрещенной книгой, а ее автор - пожизненным «узником инквизиции».

Галилеи сначала жил в Риме в доме герцога Тосканского. Ему были запрещены разговоры и рассуждения о движении Земли, не разрешались встречи с иностранцами. Тем не менее в Голландии выходит латинский перевод «Диалога», появляются рассуждения Галилея об отношении Библии и естествознания. В 1638 г. в Голландии выходит, быть может, самая замечательная, по существу, итоговая книга Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки».

В 1637 г. Галилей ослеп, еще раньше умерла его любимая старшая дочь, ухаживавшая за ним. Он умер вблизи Флоренции на руках своих учеников Вивиани и Торричелли. Там же на вилле Арчетри его похоронили, и только через 95 лет была исполнена последняя воля Галилея - его прах перенесен в церковь Санта Кроче во Флоренции, где он покоится рядом с Микельанджело. Только недавно, в 1971 г., католическая церковь отменила решение об осуждении Галилея.

Из обширного и блестяще написанного научного наследия Галилея мы приводим введение к его ранней работе «Механика» (1600), посвящение и вводный параграф «Звездного вестника» и посвящение и обращение к читателю, с которых начинаются «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки».

Мне думается, что прежде чем переходить к рассуждениям по поводу механических орудий, было бы чрезвычайно важно рассмотреть их в общем и уяснить себе, каковы те выгоды, которые получают от этих орудий; по-моему, это тем более следует сделать потому, что, насколько я наблюдал (если не ошибаюсь), механики часто заблуждаются, желая применить машины ко многим действиям, невозможным по самой своей природе, а в результате и сами оказываются обманутыми и в равной степени обманывают тех, кто исходил в своих надеждах .из их обещаний. Как мне кажется, я понял: главная причина подобных заблуждений - это уверенность, что такими приспособлениями всегда можно поднять и передвинуть при помощи незначительной силы громадные грузы, обманывая таким образом природу, стремление которой, я сказал бы даже, основа ее устройства, состоит в том, что никакое сопротивление нельзя преодолеть силой, менее мощной, чем оно само. Я надеюсь, что те точные и необходимые доказательства, которые мы получим в дальнейшем, сделают очевидным, насколько ошибочна такая уверенность.

Поскольку было отмечено, что польза, извлекаемая из машин, состоит вовсе не в том, чтобы при помощи машины перемещать малой силой такие грузы, которые мы не были бы в состоянии переместить одной только силой, считаю уместным объяснить, какие собственно выгоды получают от машин, так как, если нет надежды на какую-либо выгоду, то напрасно затрачивать труд на создание самих машин.

И вот, чтобы начать наши рассмотрения, надо принять во внимание четыре предмета: первый - это груз, который нужно перенести с места на место; второй - это сила или мощь, которая должна его перенести; третий - это расстояние между начальной и конечной точками перемещения; четвертый - это время, в течение которого должно произойти перемещение; но время сводится к тому же, что и скорость, быстрота движения, ибо из двух движений за более быстрое принимается то движение, при котором данное расстояние проходят за меньшее время. Теперь, когда задано любое сопротивление, определена сила и указано любое расстояние, нет сомнения в том, что заданная сила переместит заданный груз на указанное расстояние. Ибо, даже если сила весьма мала, то, разделив груз на множество частей, из которых ни одна не превосходит силу, и, перенося эти части одну за другой, мы переместим в конце кондов весь груз на установленное расстояние; но по окончании действия следует сказать, что больший груз был сдвинут и перемещен не силой, меньшей, чем он сам, а силой, несколько раз повторившей то движение и прошедшей пространство, которое один только раз было пройдено всем грузом. Отсюда вытекает, что скорость силы во столько раз превосходит сопротивление груза, во сколько раз сам груз превосходит силу; однако из того, что за время, пока движущая сила несколько раз преодолевала расстояние между крайними точками движения, само перемещаемое тело прошло его только один раз, не следует все-таки делать вывод, что большое сопротивление оказалось преодоленным, вопреки устройству природы, малой силой. О преодолении сопротивления природы можно было бы говорить только в случае, если бы меньшая сила преодолела большее сопротивление с той же скоростью движения, с которой перемещается она сама; чего, как мы с полной уверенностью утверждаем, невозможно добиться при помощи какой бы то ни было машины, как изобретенной, так и такой, какую вообще возможно изобрести. Но поскольку иногда бывает необходимо, имея малую силу, переместить большой груз целиком, не разделяя его на части, то в таком случае приходится прибегать к машине, с помощью которой и перемещают предложенный груз на установленное расстояние; но при этом той же самой силе неизбежно придется преодолевать то же самое расстояние или другое, равное ему, столько раз, во сколько раз сам груз превосходит силу; так что в конце действия не получим от машины никакой пользы, кроме того, что она переместит данной силой на данное расстояние сразу весь тот груз, который, будучи разделен на части, был бы перемещен той же самой силой в течение того же самого времени на то же расстояние и без помощи машины. А именно это и должно расцениваться как одна из выгод, получаемая от механики, потому что действительно часто оказывается необходимым при недостатке силы, но не времени, перемещать целиком большие грузы. Но кто понадеется и попытается добиться при помощи машины того же результата, не замедляя движения перемещаемого тела, тот неизбежно окажется обманутым в своих надеждах и обнаружит непонимание как природы механических орудий, так и принципов их действия.