О движении (Из истории механики)

Ф. Бэкон не знал математики — могущественного метода обработки наблюдений и результатов опытов. Несвойственен был ему и талант экспериментатора. Поэтому сам он не двинул вперед науку о природе. Но призыв к эксперименту имел тогда огромное значение. Вот почему Бэкон признан родоначальником английского материализма и вообще опытных наук новейшего времени.

Бэкон ниспровергал в глазах общества того времени умозрительный метод аристотелианцев. Он указывал на огромные успехи техники и бесплодность схоластики.

Союзником Бэкона в борьбе с аристотелианством выступил его современник — французский философ, физик и математик Ренэ Декарт (1596–1650).

Дворянин, воспитанник иезуитской школы, Декарт в молодости вел рассеянный образ жизни. Он много путешествовал, принимал участие в Тридцатилетней войне. Однако, увлекшись философией, Декарт оставил военную службу и поселился в Голландии, чтобы полностью отдаться размышлению. Он умер в Стокгольме, куда переселился в конце жизни.

Обладавший большими средствами к жизни, Декарт вел дружбу с ремесленниками, мелкими промышленниками и купцами. Он учил математике, астрономии и механике этих простых людей и своих слуг. Один из таких его учеников был приглашен в качестве профессора физики и математики в Лувенский университет. Сапожник Рембранц стал астрономом, а слуга Декарта, по имени Жилло, — искусным математиком, помогавшим самому Декарту в решении трудных математических задач.

Размышляя над проблемами механики, Декарт обращался к опыту инженеров, ремесленников и вообще практиков. «Мне казалось, — писал он, — что я мог встретить гораздо больше истины в рассуждениях, которые каждый делает о делах, непосредственно его касающихся, и результат которых, в случае ошибки, немедленно должен его наказать, чем в кабинетных рассуждениях ученого».

Декарт был выдающимся математиком. Он создал новую науку — аналитическую геометрию, объединившую анализ и геометрию. Эта наука способствовала развитию механики, так как позволяла аналитически изучать кривые линии, описываемые движущимися материальными точками.

В своих воззрениях на мир Декарт был материалистом. Он утверждал, что мир — пространство, сплошь заполненное материей (веществом). Эта материя охвачена вихреобразным движением, служащим причиной обращения планет и всех явлений природы. В мире нет ничего, кроме движущейся материи. Поэтому все происходящее в нем подчинено законам механики.

Декарт отвергал твердые планетные сферы древних греческих астрономов. Он объяснял движение планет вокруг Солнца тем, что они увлекаются вихрями межпланетной материи («эфира»), кружащимися около центрального светила нашей планетной системы.

Грандиозность этой картины поразила ученых того времени. Физики, астрономы стали последователями учения Декарта о «вихрях», движущих планеты вокруг Солнца.

Но, обладая большим математическим дарованием, Декарт не приложил его к разработке теории своих вихрей. Он удовольствовался построением общей картины мира, не отыскивая управляющих им законов.

Подобные гипотезы носят в науке название «качественных», в отличие от количественных построений, которые только и могут удовлетворить современного ученого. Вихри Декарта были забыты, но его материалистические взгляды оказали сильное влияние на развитие естествознания.

Как механик Декарт не признавал существования в природе сил. Он утверждал, что не силы двигают материю, а извечно присущее частицам материи движение проявляется как сила. Именно материи, по выражению К. Маркса, Декарт приписывал творческую силу.

Декарт не сделал открытий в механике. Он даже не признал законов динамики, выведенных Галилеем. Но его воззрения на природу силы до настоящего времени привлекают большое внимание физиков.

Галилей — основоположник динамики

Для введения экспериментального метода в механику было недостаточно лишь сознания его необходимости. Требовалось не только уметь ставить опыты, но и выводить из них теоретические правила — законы. Вывод законов мог быть сделан путем математической обработки результатов экспериментов.

В XVI веке в Италии уже работало много математиков — последователей Тартальи. Эти ученые обладали достаточными познаниями для вывода законов механики. Но они не были экспериментаторами и не могли дать новое направление этой науке. Делавшие же опыты художники, техники и ремесленники не обладали систематической научной подготовкой. Поэтому и они также не были в состоянии из результатов своих опытов выводить общие законы.

Только гениальному Галилею, обладавшему талантом экспериментатора и математическими познаниями, удалось заложить основы учения о движении — динамики.

В детстве Галилей увлекался изготовлением действующих моделей машин и игрушек. Уже тогда он проявил большие способности. Видя это, его отец изменил свои намерения в отношении будущности Галилея: вместо торговой конторы он отдал его в Пизанский университет.

Галилей принялся усердно за изучение физики по Аристотелю, астрономии — по Птолемею, геометрии — по Евклиду. По выходе из университета он должен был стать врачом.

Но схоластическое естествознание было основано на безусловном признании мнений авторитетов. Оно исключало самую возможность критики, если даже она исходила из результатов опыта и наблюдений.

Исследовательский дух Галилея не мог примириться с мертвой схоластикой. Незадолго до окончания университета Галилей в возрасте двадцати лет оставил его.

Галилей чувствовал большой интерес к технике, к прикладной математике и к механике. Эти науки не преподавались в университетах. С ними Галилей мог познакомиться только в Художественной академии, бывшей одновременно и высшей технической школой. Он стал посещать лекции в академии и брал частные уроки механики и прикладной математики.

Учителем Галилея был математик школы Тартальи — Остилио Риччи, преподававший прикладную математику молодым людям. Он решал со своим учеником задачи, встречающиеся в практической деятельности инженеров, артиллеристов и других техников.

Стремление связать теорию с практикой было отличительной чертой Галилея как ученого. Поэтому, оставив оторванную от жизни схоластику, Галилей охотно взялся за изучение прикладной математики.

Образование, полученное Галилеем под руководством Риччи, вполне соответствовало духу, господствовавшему в академиях и среди художников-инженеров той эпохи.

Галилей близко познакомился с проведением каналов, подъемными машинами, регулированием рек и другими вопросами практической гидравлики. Он, повидимому, участвовал в наблюдении за работами по сооружению крепостей, по постройке мостов и водопроводов.

Эти занятия вполне отвечали наклонностям Галилея, который и в дальнейшем в течение всей своей научной деятельности занимался практической техникой. Сделанные Галилеем записи лекций Риччи свидетельствуют, что эти лекции определили, по крайней мере вначале, деятельность его ученика.

В 1586 году Галилей построил чувствительные и точные гидростатические весы для определения относительной плотности тел. В небольшой работе он описал эти весы и способ их применения, проявив стремление к необычной для того времени точности.

Тогда же Галилей собирался написать «несколько книг для солдат, чтобы не только познакомить их с теорией, но и сообщить им также точные познания обо всех заслуживающих внимания, зависящих от математики вопросах, как, например, о технике рытья окопов, боевого строя, возведения крепостей, топографических съемок, артиллерийской техники и т. п.».

Как техник Галилей выступил с изобретенным им прибором для топографических съемок, приспособленным для военных целей.

Но интересы Галилея не исчерпывались практической техникой. С самого начала своей деятельности он отдавал много времени и сил теоретическим исследованиям.

Для Галилея была характерна его способность от вопросов техники переходить к глубоким теоретическим соображениям. В отличие от его предшественников и современников, у него теория всегда получала перевес над техникой.