[вернуться к содержанию сайта]

С. И. Вавилов
ГАЛИЛЕЙ В ИСТОРИИ ОПТИКИ*)
(фрагмент статьи из УФН, Т. 83, вып. 4)

    Часто понимают историю науки как последовательное, "одномерное" развитие усложняющегося знания. Эта искусственно стройная схема изолирует науку от живого человеческого общества и личности, от истории в широком смысле и мало похожа на действительность. Она повторяет развёрнутую во времени внутреннюю логику научной догмы сегодняшнего дня, в этом её дидактическое оправдание и в этом же её основной порок. Известно, что последовательность такой логики редко совпадает со сложными зигзагами подлинно происходящего.

    Верно то, что в новое время рост науки в основном прогрессивен; печать и совершенство связи дают возможность полно и своевременно опереться на достигнутое знание и не повторять пройденного. Однако и в современных условиях ход науки не одномерен, он обладает "шириной", обнаруживает разветвления, зигзаги и петли. Он определяется не только содержанием и, если так можно выразиться, абсолютной ценностью научных открытий, но в громадной степени и соответствием открытий текущим надобностям современного общества. Можно привести длинный, печальный перечень замечательных научных открытий и в древности, и в последние годы, оставшихся семенами без всхода.

    Эту сложность развития научной мысли нельзя никогда терять из виду, в особенности в отношении таких неповторимых фигур в истории естествознания, как Галилей. В искусственно логизированной истории науки с Галилеем связывают этап большой важности, но по значению своему мало отличающийся от того, что отнесено к именам Кеплера, Декарта, Гюйгенса. Между тем, ещё при жизни Галилея образ его приобрёл ту единственность, которая не сгладилась, а сделалась ещё более резкой за три века.

    В схематической истории науки место Галилея даже в центральном пункте его деятельности, в развитии и укреплении гелиоцентризма, кажется меньшим, чем Коперника и Кеплера. Физические и астрономические доводы Галилея в пользу подвижности Земли либо не новы, либо ошибочны, либо мало существенны; законы Кеплера ускользнули от его внимания или остались не понятыми им, галилеева теория приливов неверна, его представления о кометах кажутся сейчас архаическими. И вместе с тем, в реальной истории науки очевидно огромное значение Галилея в победе гелиоцентрической системы мира, и его роль ни с кем не сравнима. Живая, полнокровная, художественная аргументация и пропаганда "Диалога", написанного на его родном языке, трагическая борьба с иезуитами и инквизицией, письма-циркуляры, которыми зачитывалась Европа, и, наконец, новая картина галилеева безграничного неба с Солнцем, обращающимся вокруг оси, с гористой Луной, с медицейскими лунами Юпитера, с фазами Венеры и с туманом Млечного Пути, распавшимся на отдельные звёзды,– победили мир, заставили всех, несмотря на "очевидность" поверить в неподвижное Солнце и в сложное движение Земли. Галилей обладал в изумительной степени даром того, что у нас теперь называют "в н е д р е н и е м" научной истины. Истина делалась общим достоянием благодаря её применению, новым, понятным всем аргументам, вследствие активной борьбы за неё и гениальной диалектики. Значение такого "внедрения" в прогрессе науки поистине колоссально. Между тем, о нём нет и речи в абстрактной, схематической истории.

    Научное наследство Галилея в области механики – принцип относительности движения, закон инерции и теория равноускоренного движения – с точки зрения упрощённой истории знания может также казаться бледным в сравнении с делом Ньютона и Гюйгенса. В действительности, "Discorsi" с их широтой, ясным изложением основных механических понятий, поразительным здравым смыслом относятся к "Principia" как корневая система к могучему стволу и зелёной кроне.

    В истории оптики до сего времени Галилея в лучшем случае только упоминают в связи с его телескопом и изредка – микроскопом. Эта краткость, однако, лишь новый пример вопиющего несоответствия школьной истории и действительного процесса развития. За всё время существования оптики как науки, время, насчитывающее тысячелетия, наибольший стимул к дальнейшему теоретическому и техническому росту она получила именно от Галилея. "Sidereus Nuncius" заставил учёный мир начала XVII в. заняться диоптрическими приборами, шлифовкой и полировкой стёкол. За этим делом история застаёт Декарта, Спинозу, Ньютона, королей и принцев, аббатов и монахов, ремесленников, физиков, философов и врачей. На этой почве неслыханно быстро выросла геометрическая оптика преломляющих сред, технология обработки стекла, искусство построения оптических приборов и оптическое производство в широком смысле. С полным основанием один из самых старых оптических заводов в мире, завод во Флоренции, носит название Officine Galilei. Вместе с тем из стремления усовершенствовать трубу Галилея выросла вся оптика Ньютона и оптические исследования Эйлера. До Галилея оптика была распространённым, но чисто схоластическим занятием, одной из частей quadrivium. С тех пор как труба была повёрнута Галилеем на звёздное небо, она стала основной частью физики и важной технической отраслью. Образ Галилея отделяет античную и средневековую оптику с их архаизмом, схоластикой и замкнутостью от новой, живой и действенной дисциплины.

    Вот почему, несмотря на то, что в научном печатном и рукописном наследстве Галилея нет ни одного сочинения, специально посвящённого оптике, обязанность истории восстановить, в возможных пределах, деятельность и мысли Галилея в области учения о свете. Оптика в своём развитии настолько обязана Галилею, что совершенно очевиден долг современных оптиков возможно полнее реконструировать дела и мысли Галилея в области учения о свете. Материал для этого имеется на отдельных страницах сочинений Галилея, в особенности в "Il Saggiatore", в переписке Галилея с его современниками, собранной в достойном всяческого подражания Национальном издании сочинений Галилея **). Всё изложенное в нижеследующем есть предварительная и неполная попытка в этом направлении.

    Формализму геометрической оптики у Галилея отвечало довольно определённое представление о природе света, высказанное в "Il Saggiatore" и много позднее в "Discorsi". Для Галилея зрительные ощущения и их внешняя причина – свет, разумеется, разделялись резко и отчётливо: "Я не думаю,– рассуждает он в "Il Saggiatore"¹,– что для возбуждения в нас вкусов, запахов и звуков во внешнем мире требуется что-нибудь иное, кроме величин, фигур, множеств и движений, медленных или скорых. Полагаю, что если устранить уши, язык и нос, то всё же останутся фигуры, числа и движения, но уже не будет запахов, вкусов и звуков, каковые вне живых существ остаются только словами, так же, как словом остаётся щекотанье, если удалить от носа щётку или волосы. И так же, как четырём рассмотренным чувствам отвечают четыре элемента, так и зрению, самому важному чувству среди всех прочих, соответствует свет, но с той же пропорцией превосходства, которая существует у бесконечного над конечным, у мгновенного над временным, у количества над неделимым [tra l'quanto e l'indivisibile], у света над тьмой. Об этом чувстве и о его причинах я знаю только чрезвычайно мало. Но для объяснения этого ничтожно малого или, лучше сказать, для начертания его на бумаге мне потребовалось бы много времени, а потому я умолкаю". Однако далее Галилей достаточно конкретизирует свою мысль. Свет для него, как и для многих физиков XVI и XVII вв., родственен огню. Сам же огонь имеет дискретное строение: "Тепло, которое мы назовём общим словом о г о н ь, есть множество мельчайших телец, имеющих те или иные фигуры и движущихся с той или иной скоростью² ... До тех пор, пока, несмотря на размельчение и разрушение, остаются малые частицы [quanti], движение их длится во времени [é temporaneo], а действие их только тепловое. Но если за сим дойти до крайнего и высочайшего размельчения на атомы, действительно неделимые, то создается свет с мгновенным движением [instantanea], мы хотели бы сказать, расширением или рассеянием. Свет могуч (не знаю, позволительно ли так выразиться) своей тонкостью, разрежением, невещественностью [immaterialita] или иным свойством, отличным от этих названных и дающих ему способность наполнять огромные пространства".

    Итак, в эпоху создания "Il Saggiatore" свет представлялся Галилею бесконечно быстрым потоком крайних неделимых, до которых вещество может быть раздроблено теплом или механическими способами. Это соответствовало общей механической и атомной картине мира Галилея. Идея впоследствии детализируется, мгновенное распространение световых атомов заменяется конечным, и Галилей делает попытку на опыте определить скорость света. Это изложено на нескольких блестящих страницах "Discorsi" (1638) ³. Три собеседника "Discorsi" дебатируют вопрос о бесконечном и конечном, переходят к дроблению вещества и неожиданно сталкиваются с основной оптической проблемой. Сальвиати, устами которого говорит сам Галилей, замечает, что "золото и серебро измельчаются крепкой водкой тоньше, нежели острейшим напильником, под действием которого они всё же остаются в порошкообразном состоянии; но они делаются жидкостями и расплавляются лишь тогда, когда неделимые частицы огня или солнечных лучей растворяют и разлагают их, как я думаю, на первоначальные неделимые и бесконечно малые части". Мы видим, что Сальвиати повторяет концепцию "Il Saggiatore".

    Сагредо, alter ego Галилея, указывает далее: "То, что Вы сейчас упомянули вскользь относительно солнечного света, я наблюдал несколько раз с удивлением. Я видел, как при помощи вогнутого зеркала около трёх ладоней диаметром мгновенно расплавили свинец; поэтому я пришёл к заключению, что если бы зеркало было очень велико, хорошо отполировано и имело параболическую форму, то оно в кратчайший срок расплавляло бы и все другие металлы... Должны ли мы думать, что действие солнечных лучей, и притом столь мощное, происходит без участия движения или же при участии движения, но весьма быстрого?" С этим соглашается Сальвиати, и собеседование переходит к другой интереснейшей теме. Тот же Сагредо ставит новый вопрос: "Но какого рода и какой степени быстроты должно быть это движение света? Должны ли мы считать его мгновенным, или же совершающимся во времени, как все другие движения? Нельзя ли опытом убедиться, каково оно на самом деле?" По этому поводу Симпличио делится житейским наблюдением: "Повседневный опыт,– вмешивается он,– показывает, что распространение света совершается мгновенно. Если вы наблюдаете с большого расстояния действие артиллерии, то свет от пламени выстрелов без всякой потери времени запечатлевается в нашем глазу в противоположность звуку, который доходит до уха через значительный промежуток времени". Сагредо перебивает эту тривиальную реплику: "Ну, синьор Симпличио, из этого общеизвестного опыта я не могу вывести никакого другого заключения, кроме того, что звук доходит до нашего слуха через большие промежутки времени, нежели свет; но это нисколько не убеждает меня в том, что распространение света происходит мгновенно и не требует известного, хотя и малого, времени. Не более того даёт мне и другое наблюдение, которое выражают так: "Как только Солнце поднимается на горизонте, блеск его тотчас же достигает наших очей". В самом деле, кто же может доказать мне, что лучи его не появились на горизонте ранее, нежели дошли до наших глаз?" После этого Сальвиати переходит к "конкретному предложению": "Малая доказательность этих и других подобных же наблюдений заставила меня подумать о каком-нибудь способе удостовериться безошибочно в том, что освещение, т. е. распространение света, совершается действительно мгновенно, потому что достаточно быстрое распространение звука заставляет уже предполагать, что распространение света должно быть крайне быстрым. Опыт, который я придумал, заключался в следующем". Далее идёт описание хорошо известного опыта Галилея с двумя экспериментаторами с зажжёнными фонарями, которые они могут по желанию закрывать и открывать, сигнализируя друг другу на больших расстояниях. Опыт этот составляет принципиальную схему всех прямых измерений скорости света, производившихся до нашего времени. Выслушав описание схемы опыта, Сагредо замечает: "Опыт этот кажется мне столь же надёжным, сколь и остроумным. Но, скажите, каков же оказался его результат?" Ответ Сальвиати даёт сведения о действительных опытах Галилея: "Мне удалось,– говорит он,– произвести его лишь на малом расстоянии – менее одной мили,– почему я и не мог убедиться, действительно ли появление противоположного света совершается внезапно". Далее следует заведомо ошибочное, но для своего времени интересное рассуждение. "Если оно [появление света] происходит и не внезапно,– добавляет Сагредо,– то во всяком случае с чрезвычайной быстротой, почти мгновенно; я могу сравнить его с движением света молнии, который мы видим в облаках с расстояния в восемь–десять миль. Здесь мы различаем самый источник, начало и конец света в определённых местах тучи, хотя распространение света на всё окружающее следует немедленно же. Это кажется мне доказательством того, что явление совершается с затратой времени, хотя и малого, потому что если бы свет молнии возникал во всех частях сразу, а не постепенно, то, думается, мы не могли бы различать её источника, центра её сияния и разветвлений". Сагредо–Галилей принимает здесь скорость распространения электрического разряда за скорость света. Вместе с тем имеется в виду, по-видимому, также распространение света, приходящего в глаз от края тучи, по сравнению с прямым светом молнии. Это запаздывание, однако, лежит за пределами простых наблюдений, так как измеряется по крайней мере десятитысячными долями секунды.

    Беседа о скорости и природе света прерывается испуганным восклицанием реалиста Сальвиати: "Но в каком безбрежном океане мы, сами того не замечая, очутились! Мы плаваем среди пустоты, бесконечности, малых неделимых частиц, мгновенного движения и тысячи других вещей и никак не можем пристать к берегу!"

    В приведённом замечательном отрывке из "Discorsi" особенного внимания заслуживает соображение Сагредо о том, что из факта зажигания солнечными лучами вытекает огромная скорость световых атомов. В неясной форме Сагредо–Галилей применяет здесь закон сохранения энергии. Если световые атомы малы (т. е. мала их масса), то для объяснения огромной энергии, проявляемой при сжигании, необходимо принять, что скорость этих атомов крайне велика.

    Этим и ограничиваются сохранившиеся до нас высказывания Галилея о природе света. Можно думать, что они не были вполне определёнными. В переписке Галилея встречаются строки, свидетельствующие о том, что даже архаические зрительные лучи не всегда и не полностью сдавались им в архив истории. Живой, а не литературный Сагредо в письме к Галилею от 7 июля 1612 г. ⁴ сообщает следующее: "Касательно же того, что Вы мне пишете о зрительных лучах и об образах [Spetie], я не берусь судить об их различии, поскольку не верю, что существуют зрительные лучи и не понимаю, для чего они нужны при зрении". Из дальнейшего текста можно понять, что зрительные лучи появились в связи с давним вопросом о повороте изображения на сетчатке глаза. Другой корреспондент Галилея, Д. Антонини, пишет 21 июля 1612 г. из Брюсселя: "Касательно же соображений, которые Ваша Милость высказывает о фигуре, поворачивающейся на бумаге, но не поворачивающейся в глазу, то я полагаю, что отсюда не следует различие лучей, дающих изображение от лучей, при помощи коих возникает зрение. И, прежде всего, я не согласен, что изображения, повёртывающиеся на бумаге, не повёртываются также в глазу". Даже в старости, в 1640 г., Галилей пользовался понятием зрительных лучей. В черновиках "Письма к князю Леопольду Тосканскому"⁵ он отмечает: "Личети смешивает исчезновение освещающих лучей с исчезновением зрительных лучей".

    Из этого не следует, что Галилей придерживался античной теории зрительных лучей, но при решении практических вопросов он пользовался привычными представлениями эвклидовой оптики как вспомогательным орудием.

1 Ed. Naz., vol. VI, стр. 350.

2 Ed. Naz., vol. VI, стр. 350–352.

3 Цитаты в дальнейшем приводятся по русскому переводу А. Н. Долгова: Г. Г а л и л е й, Беседы и математические доказательства и пр., 1934, стр. 110 и дальше.

4 Ed. Naz., vol. XI, стр. 355.

5 Ed. Naz., vol. VIII, стр. 549.

Дата установки: 26.07.2011
[вернуться к содержанию сайта]

W