Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод
Шрифт:
МАТЕМАТИКА В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ
То, что у Галилея был свободный доступ к трудам таких блестящих математиков, как Архимед (ок. 287-212 до н.э.) или Евклид (ок. 325-265 до н.э.), не было случайностью, ведь именно в этот исторический период возвращается интерес к античности. К тому же после падения Константинополя в 1453 году в Италию попало множество рукописей классических авторов, например Платона. Интерес к математике был продиктован не только страстью к древности, но и желанием извлечь из этой науки практическую пользу. Итальянские порты стали связующими центрами международной торговли между тремя континентами — Европой, Азией и Африкой. Просто сложения и вычитания
Архимед на картине Доменико Фетти, написанной в 1620 году.
Галилей также изобрел термоскоп — инструмент, измеряющий температуру, который работал следующим образом: трубка, почти полностью заполненная водой, переворачивалась и ставилась в другой сосуд, также полный воды (см. рисунок на следующей странице). Воздух, находящийся в первой трубке, расширялся или сжимался в зависимости от температуры, поэтому уровень воды менялся. Этот прибор не был очень точным, но он демонстрирует, на что обращал внимание Галилей и что было главной составляющей научной деятельности того времени. Наука не удовлетворялась приблизительными данными, она требовала точности. Математика и научные приборы с этого момента становились ее союзниками.
Еще одним измерительным прибором, изобретенным Галилеем, был пропорциональный циркуль, состоящий из двух ножек с нанесеной шкалой. Он помогал проводить различные математические вычисления.
Циркуль задумывался как военное приспособление, чтобы вычислять высоту подъема ствола пушки для точного попадания снаряда, но у него обнаружилось множество других возможных применений, и поэтому устройство имело большой успех. Галилей продавал его, обучал использованию и даже написал руководство.
В этом объединении математики и экспериментального подхода состояла сила галилеевского метода, положившего начало современной науке. Галилей нашел способ изучения действительности, который был альтернативой действующему на тот момент аристотелевскому учению. С тех пор научный метод состоит в том, чтобы предложить гипотезу, описывающую какой-либо аспект действительности и сформулированную математически, вывести из нее эмпирические следствия, которые можно проверить при помощи экспериментов, а затем выделить действующие факторы и создать искусственную ситуацию для экспериментальной проверки этой гипотезы. Чтобы узнать, соответствуют ли математические прогнозы результатам наблюдений, используются точные приборы. Такой научный метод называют гипотетико-дедуктивным, а вклад Галилея в развитие всех его составляющих настолько велик, что его можно назвать первым современным ученым.
Термоскоп — это прибор, измеряющий разницу температур, но не измеряющий саму температуру, поскольку на нем нет шкалы. Принцип его работы очень прост: при повышении температуры воздух в трубке расширяется, толкая воду вниз, и напротив, когда воздух остывает, он сжимается, и уровень воды повышается.
СОПЕРНИК
Галилею несколько раз приходилось обращаться в суд по разным поводам. Один из первых случаев был связан с его циркулем. Ученый как раз собирался опубликовать инструкцию по его применению, когда с огромным удивлением обнаружил, что его опередил другой математик, который к тому же заявлял, что первым изобрел этот прибор. Галилея обвинили в плагиате, но впоследствии обман открылся. Конкуренция с другими учеными в то время была очень жесткой и повсеместной, поэтому Галилей всегда старался как можно скорее рассказать о своих изобретениях и открытиях
Пропорциональный циркуль, созданный Галилеем.
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ МАТЕМАТИК
В детские и отроческие годы Галилея ничто не предвещало, что он станет одним из самых крупных итальянских математиков. Напротив, казалось, он был более склонен к занятиям искусством. Его отец, Винченцо Галилей, был придворным музыкантом, виртуозным игроком на лютне, композитором и теоретиком музыки. Но творчеством, царившим в богемном доме Галилеев, нельзя было прокормиться, поэтому Винченцо занимался не только искусством и теорией музыки, но и торговлей шерстью.
ВИНЧЕНЦО ГАЛИЛЕЙ, СТРАСТНЫЙ МУЗЫКАНТ
Винченцо Галилей (1520-1591) написал несколько трактатов о музыке, самым ярким из которых является «Диалог об античной и современной музыке». В этой работе, построенной в форме диалога, которую впоследствии использовал и Галилео, есть очень интересный абзац, в котором проявляется та же склонность бунтовать против принятых истин, что и у сына:
«Мне кажется, что те, кто основывается только на доводах авторитетов, чтобы отстаивать свои утверждения, не ища разумных аргументов в их поддержку, действуют глупо. Я хотел бы иметь возможность все ставить под вопрос и отвечать свободно, ни перед кем не заискивая».
Между отношением Винченцо к музыке и отношением Галилео к науке прослеживаются любопытные параллели. Отец ставил опыты по гармонии, в которых ему помогал сын. Он использовал различные веса и музыкальные струны, чтобы установить математическую причину натяжения струн, производящего созвучие. Возможно, эта открытость к экспериментам и подтолкнула Галилея отойти от математики, в результате чего он стал первым современным физиком. Винченцо также жестко критиковал безжизненность церковной музыки и выступал за ее обновление (так же, как Галилей впоследствии будет критиковать мировоззрение Аристотеля). Композитор обладал чрезвычайно беспокойным характером. Винченцо Галилей состоял в переписке с самыми выдающимися теоретиками музыки того времени, среди которых были Джозеффо Царлино (1517-1590) и Джироламо Меи (1519-1594).
Торговые дела привели его в Пизу, где 15 февраля 1564 года родился Галилей, первый из шести детей. Мы знаем о жизни только трех его братьев и сестер: Вирджинии, Микеланджело и Ливии, поскольку в зрелом возрасте Галилею пришлось взять на себя заботу о них. Очень мало известно о матери ученого, Джулии Амманнати ди Пеша, мы знаем о ней только благодаря нескольким ее письмам, дошедшим до нас. Галилей родился через год после Тридентского собора — церковного совета, на котором была сделана попытка противостоять повсеместному распространению протестантства. После Собора Церковь заняла еще более жесткую позицию и создала Индекс запрещенных книг, инструмент цензуры и контроля. Преследование Инквизицией еретических идей поощрялось. Господствующая роль Церкви в ту эпоху отразилась и на жизни Галилея.
Первоначальное обучение он получил на дому, а отец давал сыну уроки музыки (позже Галилео виртуозно играл на лютне). У мальчика также обнаружился интерес и способности к живописи. Иллюстрации, которые Галилей сам делал к своим книгам, — это маленькие произведения искусства, да и сами книги написаны с безусловным талантом и занимают важное место в итальянской литературе. Когда сыну было десять лет, Винченцо решил, что для него лучше будет продолжить образование в монастыре Санта Мария Валломброза, недалеко от Флоренции, куда семья вернулась в 1574 году.