Физика – моя профессия
Шрифт:
Как понять, что тела падают на Землю? Очень просто: тела падают под действием присущей им тяжести. Чем больше в теле тяжести, тем быстрее оно падает. Аристотелю чуждо представление, что Земля действует на падающий камень. Поведение тела определено его «природой», его внутренними свойствами.
Возможность «запросто» объяснить все на свете иногда приводит в восхищение: словесная эквилибристика доведена до совершенства. В то время как атомисты принимали в качестве аксиомы (как это делает и современная физика), что частицы материи находятся в вечном движении, аристотелевская физика исходила из того, что каждое движение должно иметь двигатель. Двигатель должен находиться либо внутри тела, либо рядом с ним в непосредственном контакте. Действие на расстоянии
Теперь дело пошло без задержки. Камень передвинулся в соседнее место за счет этого самого виртуса, придя в соседнее место, сдвинул новый участок среды и передал ему еще немного виртуса. И так далее. Но ведь камень в конце концов упадет на Землю? Ну, за чем дело стало; ясно, что при каждой следующей передаче количество виртуса становится все меньше и меньше.
А что за среда, о которой идет речь? Вероятно, это воздух. А если воздуха нет? Все равно есть среда. Дело в том, что Аристотель с жаром отвергает возможность пустоты. Ему невыносимы однаково и атомы Демокрита и его понятие вакуума.
Доводы, отвергающие пустоту, весьма темпераментны, а о логике доказательства можно судить по такому «рассуждению»: пустота есть место без помещенных в это место тел. Но это утверждение так же логически бессмысленно, как напиток, которого нельзя выпить, или чувство, которого нельзя почувствовать.
Больше примеров приводить не будем. Думается, вполне достаточно, чтобы составить представление о характере научных рассуждений аристотелева плана.
Приходилось мне читать рукописи современников, написанные в духе Аристотеля. Когда неграмотный человек берется писать о науке, у него выходит что-то в этом роде.
Игра словами от древних веков до нашего времени всегда используется религией и бесконечно чужда научному познанию. Конечно, не случайно францисканские и доминиканские монахи – наиболее нетерпимые из христиан – взяли науку Аристотеля на вооружение. Синтез туманных аристотелевых фраз с догматами религии был с успехом проделан несколькими теологами, среди которых особо выдающуюся роль сыграл Фома Аквинский.
За две сотни лет церковь совершила для себя весьма полезное дело. Но потом она проиграла на этом. Современная христианская философия идет от Фомы Аквинского. Корни ее тесно переплетены с аристотелевским учением о природе. Как только на сцену вышло экспериментальное естествознание, стало уже невозможно защищать науку Аристотеля. Пришлось религии разводиться с Аристотелем. При этом не обошлось без идеологических потерь.
Новый период в науке начался в XVI веке. Он знаменуется открытием Коперника и трудами Пьера Гассенди, возродившего атомную теорию Демокрита.
На смену схоластическим рассуждениям о природе приходит наблюдение и опытное исследование. Становится ясным, что слова служат для обозначения явлений и сами по себе не способны объяснять природу. Эту смену вех отчетливо ощущает историк, перелистывающий труды великого итальянца Галилео Галилея, родоначальника экспериментальной физики. История не считает доказанным, что Галилей ставил эксперименты для проверки своих утверждений, но важно то, что он указал те опыты, которые могли бы быть для этого использованы.
Характерную для современного естествознания постановку вопроса – прежде чем объяснять явление, надо его описать, – мы находим у Галилея.
Вполне сознательно оставляет он в стороне вопрос о том, почему происходит то или иное движение. Его занимает вопрос: как оно происходит? Речь идет не о том, чтобы объяснить, а о том, чтобы описать движение. Это ограничение, которое Галилей накладывает на себя, носит временный характер. Ему ясно, что вопрос о причинах движения сможет быть поставлен лишь после того, когда факты будут исчерпывающим образом описаны.
Что касается игры в слова, то понимание тщеты этого приема как способа объяснения для Галилея вполне очевидно. Вот замечательный отрывок из знаменитых диалогов между Сальвиати (говорящего устами Галилея) и Симпличио (то есть простака, представителя аристотелевской школы). Выводя своего противника на свежую воду, Сальвиати спрашивает:
– Так какова же причина, что тела стремятся к Земле?
– Каждый знает, что причина в Тяжести тел, – отвечает Симпличио.
– Вы ошибаетесь, синьор Симпличио. Надо было сказать: каждый знает, что причина эта называется Тяжестью.
И далее Сальвиати поясняет, что, давши это название явлению, мы ни на йоту не продвинулись в его понимании. И заключение – не играйте словами.
Итак, замок слов, построенный Аристотелем, разрушен.
На его месте начинает строиться здание науки, и прежде всего механики. Наступает 1687 год, выходит в свет творение гениального английского физика Исаака Ньютона «Математические начала натурфилософии». В работе изложены основные законы, которым подчиняется движение любых тел.
Любых? Будущее покажет необходимость оговорки. Но в течение следующих 200 лет накапливается множество доказательств исключительной точности законов Ньютона. Не только нет мыслей об ограниченной справедливости механики Ньютона, но, напротив, приобретается уверенность в божественной справедливости этих законов природы.
Вслед за открытием законов механики шествуют замечательные математические исследования, которые используются тут же для решения задач механики. Новые задачи в механике, в свою очередь, диктуют задания математике. Проходит совсем немного времени, и исследователи готовы ответить на вопрос, как будет двигаться тело. Для этого нужно знать только лишь начальные условия: где было тело в заданное время и какова была его скорость в этот момент. Дальнейшая судьба тела в руках ученых – законы Ньютона, облеченные в форму дифференциальных уравнений^ решат ее. Законы скажут, по какой кривой – эллипсу, параболе или другому пути – будет двигаться тело. Если вас интересует значение скорости движения, то, пожалуйста, скажите, в какой момент времени или в какой точке траектории вы желаете знать скорость движения, и уравнения Ньютона дадут ответ и на это так же, как и на любой другой вопрос о движении интересующей вас материальной частицы.
Правда, есть небольшое «но». Чтобы составить прогноз будущего, надо располагать сведениями о силовом поле, в котором находится тело. Но великий Ньютон установил не только законы движения тел. Он предоставил в наше распоряжение знаменитую формулу поля тяготения – изящную и простую, позволяющую вычислить силы взаимодействия между двумя телами, если только известны их массы и взаимное расстояние.
Поэтому первым приложением всего богатства механических и математических идей является, конечно, движение небесных светил. И успехи в объяснении поведения планет стали так замечательны, что трудно быть пессимистом и сомневаться в универсальной справедливости творения Ньютона. Триумфальным аккордом является, разумеется, расчет Урбена Леверье. История этого расчета изложена во всех научно-популярных книжках. Но пример слишком хорош, и у автора теплится надежда, что значительная часть читателей познакомится с Леверье впервые как раз на этих страницах. Итак, идет 1845 год. К этому времени рассчитаны движения всех планет. Превосходно совпадают вычисления и астрономические наблюдения. Все планеты в наперед рассчитанные мгновения находятся именно в тех точках неба, которые предписаны расчетом. Все планеты?.. Нет, не все. Капризничает Уран: эта далекая планета не слушается законов Ньютона.