О движении (Из истории механики)

Талантливейшим из учеников Тартальи был Джиованни Бенедетти (1530–1590). Как и его учитель, Бенедетти не получил школьного образования. Изучив под руководством Тартальи геометрию Евклида, он самостоятельно продолжал занятия математикой. В этой науке он приобрел большие познания и поступил на службу в качестве придворного математика к герцогу Савойи.

Бенедетти был смелым борцом с аристотелианством. Он прямо заявлял, что учение Аристотеля о движении тел ошибочно: брошенный камень движется не под влиянием толчков воздуха, врывающегося в образующуюся пустоту, как утверждал этот философ. Воздух, по мнению Бенедетти, задерживает, а не подталкивает брошенный камень.

Бенедетти утверждал, что брошенный камень обладает «стремительностью», заставляющей его двигаться. По-видимому, он уже имел некоторое, хотя и неясное, представление об инерции движущихся тел.

Вопреки учению Аристотеля, будто скорость свободно падающего тела зависит от его веса, Бенедетти указывал, что опыт противоречит этому мнению. Он также доказывал, что при свободном падении тела его «стремительность» постоянно нарастает. Поэтому тело движется все быстрее.

В конце жизни Бенедетти издал сочинение, в котором изложил свои воззрения на движение тел. Как противоречащее общепринятому тогда аристотелианству, оно замалчивалось учеными-схоластами. К тому же Бенедетти, выступая на диспутах при дворе герцога савойского, прославился как искусный диалектик. Поэтому спор с ним не обещал ничего хорошего его противникам.

Тарталья и Бенедетти только подготовили почву для возникновения динамики, созданной в начале XVII века Галилеем. Сами они не могли заложить основ этой науки: для этого было необходимо сочетание математических знаний с большим талантом экспериментатора.

Стремление к познанию действительных законов движения повлияло и на представление о строении мира.

Система мира Коперника

Движение планет по эпициклам вокруг ничем не отмеченных в пространстве центров не могло быть понято с механической точки зрения. Некоторые астрономы пришли к мысли, что действительные движения планет непознаваемы.

Между сторонниками Птолемея и Аристотеля шла борьба. Одни видели спасение в возвращении к твердым сферам, другие возражали, что только схема Птолемея дает возможность предвычислять положение планет.

Но все держались единого мнения, будто Земля — неподвижный центр вселенной. Поэтому планетам приписывались самые удивительные движения, чтобы объяснить их видимые перемещения среди звезд.

Только в XVI веке выступил против этого ложного мировоззрения гениальный мыслитель и астроном Николай Коперник (1473–1543).

Сын крупного польского купца в Торуни (Торн), на берегу Вислы, в церковной области Вармии, Коперник получил хорошее домашнее образование, которое он продолжал в Краковском университете. В Кракове он изучал астрономию у профессора Брудзевского, а позднее производил под руководством искуснейших специалистов астрономические наблюдения в Болонье. Свое высшее образование он закончил в университете Падуи.

В те времена университеты католических стран находились под контролем церкви. Никаких сомнений в справедливости идеи о центральном положении во вселенной и о неподвижности Земли не допускалось. Но вне университетов находились ученые, не только сомневавшиеся в этом, но и решавшиеся высказывать свои мысли.

Еще в Италии Коперник познакомился с учением древнегреческого астронома Аристарха Самосского (конец IV — начало III века до н. э.) о движении Земли вокруг Солнца. Копернику были известны и представления об относительности движений, возникшие среди ученых XV века. Он стал размышлять над проблемой строения мира.

По возвращении на родину Коперник был избран на должность каноника собора в Фромборке — главном городе Вармии.

Не ограничиваясь исполнением несложных обязанностей, связанных с этой службой, Коперник принимал деятельное участие в политической и общественной жизни своей страны. Но он не прерывал и своих исследований движения планет.

В 1515 году Коперник написал уже «Малый Комментарий», в котором были изложены основные идеи его учения.

Основой системы Коперника было утверждение, что сложность видимого перемещения планет зависит от движений самой Земли. Вот что писал он позднее об относительности движений: «…Всякое видимое изменение положения происходит вследствие движения наблюдаемого предмета или наблюдателя или же вследствие перемещения, разумеется не одинакового, их обоих. Ибо при равном движении того и другого, то-есть наблюдаемого и наблюдателя, в одном и том же направлении движение незаметно.

При переходе наблюдателя с одного места на другое кажется, что фонарный столб переместился на фоне стены. Это — кажущееся (параллактическое) перемещение.

Но Земля есть то место, с которого мы наблюдаем небосвод, откуда он открывается нашему взору. Следовательно, если предположить какое-нибудь движение у Земли, оно непременно будет обнаруживаться во внешних частях вселенной, но как идущее в обратном направлении, как бы мимо Земли. Таково, прежде всего, суточное обращение».

Из этого положения и исходил Коперник, формулируя в «Малом Комментарии» свои «аксиомы»:

1. Центр Земли не есть центр вселенной, а только центр лунной орбиты.

2. Все планеты обращаются вокруг Солнца как их центра. Солнце является центром вселенной.

3. Расстояние Земли от Солнца во столько раз меньше расстояния Земли до неподвижных звезд, во сколько радиус Земли меньше ее расстояния от Солнца: оно ничтожно по сравнению с дальностью звезд.

4. То, что кажется нам движением небесного свода, есть результат движения самой Земли. Земля вместе с окружающим ее воздухом оборачивается раз в сутки вокруг самой себя.

5. То, что кажется нам передвижением Солнца среди звезд, есть следствие движения Земли, которая обращается вокруг Солнца, как всякая другая планета.

6. Видимые нами прямые и обратные движения планет проистекают не от их собственных движений, но из-за движения Земли. Таким образом, достаточно движений Земли, чтобы объяснить многообразие большого ряда небесных явлений.

Работая позднее над своим капитальным трудом, Коперник положил в его основу аксиомы «Малого Комментария». Весть об этом труде распространилась среди молодых университетских ученых, у которых возник интерес к идеям Коперника.

К великому мыслителю приехал двадцатичетырехлетний профессор математики Виттенбергского университета Георг Ляухен, известный под именем Ретика (1514–1576).

Ретик основательно изучил систему Коперника и в 1540 году издал небольшую брошюру с изложением новой астрономической теории. Брошюра была доступна широкому кругу образованных людей. Она привлекла внимание к новому учению также астрономов и математиков и подготовила почву для появления капитального труда самого Коперника. Этот труд вышел в 1543 году под заглавием «Об обращении небесных сфер» с девизом на титульном листе: «Да не входит никто, не знающий математики», так как этот труд предназначался для ученых.

По учению Коперника, суточное движение светил — кажущееся явление, происходящее от вращения самой Земли. Действительные движения планет, наблюдаемые с Земли, искажаются кажущимися перемещениями, происходящими вследствие обращения ее вокруг Солнца. «Петли» планет — это отражение собственного кругового движения Земли.

Как указывал Коперник, «петли» видимого движения Марса, как более близкой планеты, должны быть больше, чем у Юпитера, а «петли» Юпитера больше, чем у еще более далекого Сатурна. Они видны с Земли под теми углами, под которыми с этих планет видна орбита Земли.

Эти углы в небольших пределах пропорциональны расстояниям планет от Земли. Таким образом, представилась возможность найти относительное расстояние внешних планет от Солнца в радиусах земной орбиты.