Предчувствия и свершения. Книга 1. Великие ошибки
Шрифт:
Почему этот вопрос продолжает волновать и нас, людей ХХI столетия? Не потому ли, что ответ важен для формирования сегодняшних учёных? Не потому ли, что он помогает понять скрытую логику, направляющую развитие науки от момента её возникновения до наших дней?
Конечно, Аристотель обладал зорким глазом. Ему не откажешь в проникновенной наблюдательности. Он подмечал в обыденности тонкости, которые ускользали от других. В этом убеждают и его труды по оптике, акустике, механике, и удивительное даже для такого универсала творение — работа по зоологии, в которой описано пятьсот видов животных и сделана первая попытка
И всё-таки Аристотель не обладал, по крайней мере, двумя качествами, без которых он не мог стать настоящим физиком и отсутствие которых предопределило все его заблуждения.
Откроем его «Механику» и прочтём утверждение, которое оставалось руководящим и неприкосновенным в течение двух тысяч лет: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает своё действие»…
Попробуйте представить себе такую ситуацию: вы вышли из дома с детской коляской и покатили её по дорожке.
Уберите руку. Коляска остановилась?
Так и должно было случиться. Теперь перечитайте то, что утверждал по этому поводу Аристотель. Вы с ним вполне согласны, не правда ли? Вам не в чем его упрекнуть?
Вследствие простоты и очевидности подобных опытов никто из шестидесяти поколений учёных, наследовавших Аристотелю, не заметил, что идёт за ним по ложному пути. Заметил ошибку только Галилей. Ему удалось создать метод, которым не владел ни Аристотель, ни его последователи. Метод, без которого ни один физик прошлого или будущего не мог и не сможет обрести объективность.
Галилей не удовольствовался очевидностью. Он чувствовал: наблюдения над тем, как останавливается тележка, недостаточно для того, чтобы понять закон явления. Необходимо изучить детали процесса. Определить, что в нём главное, а что второстепенное и не может ли быть ситуации, когда второстепенные детали становятся преобладающими и заслоняют главные черты события.
Галилей представил себе, что оси тележки отлично смазаны, а дорожка укатана до идеальной гладкости. И он увидел (да, именно увидел мысленным взором), что тележка, которой уже не препятствует трение, не останавливается. Она продолжает катиться вечно! Тогда и вывел он закон движения, верный закон: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием действующих сил».
Так что же отличало Галилея от Аристотеля? Способность к абстрактному мышлению, способность вообразить идеальную ситуацию, которую в действительности наблюдать невозможно.
Галилей сумел продлить наблюдения за пределы обыденного в область идеализации. Он шёл от наблюдения. Но он понял, что зачастую второстепенное заслоняет главное. И он мысленно устранил эти помехи. Сопоставляя многие частные случаи, он сумел подметить в них общее, главное, что определяет суть процесса, что можно назвать законом природы.
Все крупные физики более поздних времён широко пользовались методом мысленных экспериментов. Эйнштейн отличался особой способностью ставить мысленные эксперименты. Размышляя о движении тел со скоростями, близкими к скорости света, и не имея возможности наблюдать такие эффекты, он представил себе, что сам движется за лучом света со скоростью света. «Я должен был бы воспринять такой луч света, — размышлял он, — как покоящееся, переменное в пространстве электромагнитное поле…»
Он мысленно видит электромагнитное поле застывшим. Гребни его волн чередуются в пространстве, но не сдвигаются с течением времени. Нереальная, невозможная в действительности ситуация! «Ничего подобного не существует», — признает Эйнштейн. Но такой мысленный эксперимент (который он придумал в 16 лет!) дал толчок основной работе его жизни — теории относительности.
Эйнштейн всегда в спорных вопросах прибегал к методу мысленных экспериментов, постепенно очищая их от второстепенного, доводя до логической безупречности и очевидности. В реальной действительности никогда не удаётся поставить совершенно чистого опыта. Но учёный должен уметь оторваться от видимости, отбросить второстепенное и понять суть явления. Способность к абстрактному мышлению заложена в мозгу человека, но не всякий владеет ею в должной мере. Эта способность нуждается в развитии, в тренировке. Человек, не владеющий ею, обречён ошибаться в сфере науки. Именно это, прежде всего, не дало Аристотелю подняться над очевидностью, помешало ему добраться до истины.
А теперь о втором источнике ошибок Аристотеля: неумении ставить целенаправленные систематические опыты…
Аристотель придавал большое значение наблюдению, но пренебрегал проверкой этого наблюдения и своих предположений.
Так, например, исходя из наблюдений и из повседневного опыта, Аристотель учил, что тяжёлый камень падает быстрее сухого листа. Аристотель объяснял это тем, что скорость падения тела пропорциональна его весу. Эта теория считалась истинной вплоть до работ Галилея. Логикой рассуждений и проверочным опытом Галилей опрокинул эту схему.
Допустим, размышляет Галилей, более тяжёлый предмет падает быстрее, чем легкий. Теперь вообразим такую ситуацию: оба предмета склеены воедино. Как будет вести себя при падении это новое тело? Его более лёгкая часть должна, по Аристотелю, замедлять движение тяжёлой части. Но, объединившись, оба предмета стали тяжелее более тяжёлого из них, а значит, это новое тело должно падать ещё быстрее. Тупик, абсурд. Единственный логический выход — предположить, что оба тела, и лёгкое и тяжёлое, падают с одинаковой скоростью.
Галилей не остановился на этом мысленном эксперименте, а проделал настоящий. Говорят, он взобрался на Пизанскую башню и сбросил оттуда, с высоты примерно 60 метров, пушечное ядро весом 80 килограммов и мушкетную пулю весом около 200 граммов. Приземлились оба тела одновременно.
Когда сегодня студентам и даже школьникам показывают опыты, в которых дробинка и пушинка падают с одинаковой скоростью в сосуде, из которого откачан воздух, это лишь повторение экспериментов Галилея. Галилей был прирождённым физиком. Его вело настойчивое стремление к измерениям. Предание гласит, что, наблюдая раскачивание светильника в соборе, не привлекающее внимания большинства людей, Галилей предугадал постоянство периода колебаний маятника. Так как в то время не было карманных часов, Галилей измерил период колебаний светильника ударами своего сердца. Периоды колебаний светильника действительно оказались постоянными, и этим наблюдением он заложил основу наших представлений о кинетической и потенциальной энергии. Мимолётное впечатление породило в голове Галилея, этого первого истинного физика, целый поток идей.