[
вернуться к содержанию сайта]В науке важно отказаться от глубоко укоренившихся, часто некритически повторяемых предрассудков.
Эйнштейн, Инфельд
Некоторые из заблуждений, с которыми мы познакомились, наталкивают на сомнение: а стоит ли выставлять напоказ ошибки? Пожалуй, их нужно стыдиться, стремиться скорее преодолеть, а не афишировать.
Но учёные никогда не стыдились честных заблуждений. История знает удивительные случаи, когда исследователи пользовались своими и чужими заблуждениями как рабочей гипотезой. И делали это с успехом!
Декарт, французский философ и физик XVIII века, много думавший над разгадкой природы света, создал, как потом выяснилось, ошибочную теорию. В целом его учение о свете оказалось заблуждением, но тем не менее ему удалось, пользуясь своей точкой зрения, получить веками безуспешно разыскиваемый закон преломления световых лучей. Открытие встретили с одобрением, особенно потому, что Декарт не остановился лишь на формулах, а рассмотрел ряд их практических следствий.
Если свет сам подтверждает выводы Декарта — преломляется и отражается так, как тот предсказывал, то природа света понята правильно, не так ли? Логическая цепочка должна замкнуться. Верные предпосылки могут и не дать верных следствий, но верные следствия, казалось, нельзя сделать из неверных предпосылок.
С удивлением встретили современники признание самого Декарта в том, что, по его убеждению, исходные модели явления, которые он выбрал, не надёжны, точнее — неверны! И тем не менее он уверен, что из них можно извлечь правильные и полезные следствия.
Полезные следствия! Вот одна из тех веских причин, которой руководствуются учёные, пользуясь сомнительной гипотезой.
Декарт не видел в таком пути познания ничего опасного и недозволенного. Он шёл на это сознательно, подражая, по его словам, астрономам, которые, несмотря на то, что опираются на недостоверные, а часто даже ошибочные наблюдения, делают правильные заключения.
Сходную позицию занимал и такой гениальный физик, как Фарадей, отец учения об электричестве и магнетизме. Он зачастую сам не верил в полёты своей фантазии. Но не стыдясь делился с коллегами смелыми и не обоснованными предположениями о сути электромагнитных сил, рассматривая их как рабочие гипотезы, помогающие ему оттолкнуться в поисках.
“Сделал много ошибок, — писал он, — ибо даже мне самому мои представления кажутся лишь как бы отражением тех построений в голове исследователя, часто мимолётных, которые, однако, могут иметь свою временную ценность как руководящая нить для нашего мышления и исканий”.
Этим приверженцам гипотез противостоит Ньютон. Кто не знает его кредо: “Гипотез я не измышляю”? Только опыт — верховный судья науки, считал британский оракул. И даже он сдался одной из удивительнейших “мимолётностей”, которая ухитрилась просуществовать века.
Пожалуй, самое древнее, самое стойкое заблуждение, возрождающееся вновь и вновь, это гипотеза эфира, мирового эфира, как его иногда называют.
Теперь подавляющее большинство учёных без колебаний скажет, что никакого эфира нет, что он, как и другие невесомые материи, изгнан из словаря науки.
Но есть ли более драматическая история, чем это изгнание, чем поиски вещества, заполняющего Вселенную?
Древние атомисты силой интуиции постигли то, к чему пришёл просвещённый XX век. Они говорили: в мире существуют лишь атомы и пустота.
Но Аристотелю понадобилось особое вещество для заполнения мирового пространства. И — таковы противоречия развития познания! — убеждённый материалист Аристотель заимствует у древнейшего из идеалистов — Пифагора представление об эфире, через который к нам якобы проникают лучи Солнца. Аристотель поступает с эфиром как художник: бросает эфир на созданную им картину мироздания как последний мазок, завершающий композицию. Он верил, что природа не терпит пустоты, и заполнил её эфиром.
С тех пор эфир, межзвёздная среда, существовал в науке много столетий без особой в том нужды, больше для порядка. Но когда Ньютон создал свою теорию тяготения, появилась настоятельная необходимость выяснить, не существует ли среды, передающей силу тяготения? Ведь Ньютон лишь угадал математическую меру сил, с которыми одно небесное тело притягивается к другому. Как передаются силы тяготения, с помощью какого посредника — этого он не знал. Не мог он опереться и на предшественников.
Ещё студентом Ньютон прилежно изучал наследие древних и новейших учёных. Особое внимание в то время привлекали гипотезы об эфире и атомах, дремавшие столетия и снова ставшие модными в начале XVII века.
Декарт, материалист и мечтатель, отождествлял пространство с “тонкой материей”. Эту материю он называл эфиром и наделял его свойствами, необходимыми для объяснения движения небесных тел, но свойства эти были совершенно нереальны.
Ньютон хорошо знал учение Декарта, поначалу увлекался им, но очень быстро разочаровался и порвал с ним. В противовес Декарту и его последователям — картезианцам, с лёгкостью придумывавшим новые гипотезы для объяснения новых фактов, Ньютон создал физику, основанную на опыте и математическом описании опытных фактов. Так он мог на основе известных опытных фактов предсказывать новые, ещё не известные.
Ему, как убеждённому естествоиспытателю, ставившему во главу науки эксперимент, была чужда идея дальнодействия — не мистика же, в самом деле, тот факт, что небесные тела притягивают друг друга, не за руки же они держатся! Должен быть конкретный, материальный носитель сил притяжения.
Придумать его — суровая необходимость, от неё невозможно было отделаться, отмахнуться. . . И всё же Ньютон попытался быть верным себе и не строить гипотез относительно природы сил притяжения, странных сил, загадочным образом действующих на расстоянии.
Прежде чем продолжать, хочу заметить, что ни у кого, кроме физиков, не возникали дискуссии по поводу дальнодействия. В жизни мы не сталкиваемся с силами, проявляющими себя не непосредственно. Мы имеем дело только с такими силами, которые проявляются при соприкосновении. Например, движение передаётся толчком, тягой, давлением. Чайник с водой нагревается от огня. Огонь возникает от огнива. Колёса приводятся в действие паром или электричеством.
И хотя сила тяжести играет одну из главных ролей и в повседневной жизни, мы не задумываемся над её происхождением и сутью. Дело, наверно, в том, что она проявляется незаметно для нас. Это обычное, будничное явление. Неизменная сила тяготения не занимает наше воображение, не привлекает внимания. Вечно сопутствуя нашей жизни, она нами не осознана.
Другое дело — учёные. Эта тайна не могла их не мучить. Им требовалось конкретное решение — какая субстанция ответственна за передачу сил притяжения?
Ньютон заставил людей задуматься над проблемой, которая не решена до сих пор...
Но как он сам вышел из положения? Придумал гипотезу!
Но к этому он пришёл нелегко.
Ньютон, конечно, понимал, что наука не может не оперировать законами, “причины которых ещё не открыты”. Но пусть, рассуждал он дерзко, причина и “механизм” тяготения ещё не известны. Это ведь не мешает построению небесной механики, точнейшему предсказанию затмений и величины морских приливов. Закон всемирного тяготения позволяет рассчитывать движение планет без каких-либо гипотез, так зачем же гипотезы, зачем эфир? И он стремился удержаться в этой гордой позиции: гипотезы излишни вообще, не нужны гипотезы и о природе тяготения.
В величайшем труде Ньютона, в “Началах”, полное название которого “Математические начала натуральной философии”, слово “эфир” не встречается. В первом издании.
Но во втором издании “эфир” появляется — правда, не в основном тексте, а в последнем абзаце знаменитого “Общего поучения” — в самом конце книги. Ньютон упоминает об эфире, но не допускает в межпланетное пространство, ограничивая его возможную роль взаимодействиями тел на близких расстояниях.
Как же так? — спросит читатель. Эфир всё же появился у Ньютона, противника всяких гипотез, и в частности гипотез для объяснения сил тяготения?
Да, сам Ньютон, убеждённый противник гипотез, придумал гипотезу, в соответствии с которой эфир, проникая сквозь все тела, постоянно стремится к Земле, увлекая эти тела за собой. Так, решил Ньютон, может возникать сила притяжения к Земле, сила тяготения. Но, по логике вещей, эфир должен устремляться и в остальные тела, ведь по закону Ньютона все тела тяготеют друг к другу... За уступки надо платить. И скоро Ньютон горько пожалел, что сдал позиции.
Именно в связи с подобными ситуациями Ньютон был принципиальным противником гипотез. Придумывая одну, приходится принимать и следующую, и так без конца. Для объяснения каждого нового факта, каждой новой подробности нужно придумывать новую гипотезу и заботиться о том, чтобы они не противоречили одна другой.
Итак, Ньютон прибег к помощи эфира. И главное, не впервые.
Без эфира он не смог обойтись ещё в первых спорах о природе света со своими главными противниками Гюйгенсом и Гуком.
Трудности, которые испытали и Ньютон, и Гюйгенс, и Гук, и Гримальди, создавая каждый свою теорию света, столкнули их с эфиром. Нравилось это им или не нравилось, но единственное, что объединяло столь разные теории, был эфир.
Гюйгенс, считавший свет волнами, не мог объяснить механизм их распространения без помощи какой-то среды. Он понимал, что это должна быть та же среда, что передаёт силы тяготения, ибо нельзя же было допустить, что отдельно существует светоносный эфир и эфир тяготения.
Ньютон отвергал волновую теорию света, он видел свет частицами, корпускулами. Первоначально ему даже казалось, что для передачи частиц в мировом пространстве не нужна никакая среда. Он самонадеянно решил, что корпускулярная теория света избавит науку от эфира. Ни его собственные опыты, когда он наблюдал странные периодические изменения цвета окрашенных колец (колец Ньютона) в тонком промежутке между выпуклой линзой и плоской пластинкой, показали, что свет связан с какой-то периодичностью. Ньютон был вынужден искать этому объяснение. Корпускулярная гипотеза приводила здесь в тупик. Приходилось громоздить одну гипотезу на другую. И всё равно выходило, что в природе света есть нечто волновое. А раз волновое, значит, без эфира не обойтись. . .
Впервые Ньютон прибегает к эфиру в 1672 году, сравнивая свою корпускулярную теорию света с волновой теорией. Он пишет: “Колебания эфира одинаково полезны и нужны и в той, и в другой...” Всё же, не желая отступать от своих принципов. Ньютон не считает гипотезу эфира верной. Вот его слова: “Однако, излагая гипотезу (эфира), во избежание многословия и для более удобного представления, я буду иногда говорить о ней так, как будто бы я её принял и верю в неё”. Он пользуется ею, но не верит в то, что эфир существует. При этом Ньютон представляет эфир вполне конкретно. “Предполагается, что существует некая эфирная среда, во многом имеющая то же строение, что и воздух, но значительно более разреженная, тонкая, упругая”. “Немаловажным аргументом существования такой среды служит то, что движение маятника в стеклянном сосуде с выкачанным воздухом почти столь же быстро, как и в открытом воздухе”.
Ньютон прибегает к эфиру не только для объяснения оппонентам оптических явлений, но и для объяснения действия мускулов животных и некоторых химических явлений.
Когда сам Ньютон и другие физики попробовали набросать примерные характеристики этой универсальной среды, получился монстр, сгусток противоречий, соединение несоединимого, объединение необъединимого. Неуловимее привидения, более разрежен и прозрачен, чем воздух, маслянистее масла...
Кто видел такое вещество в природе? Никто никогда не видел, и тем не менее приходилось мириться с таким союзником, другого выхода не было. Учёные были вынуждены думать, что эфир — это очень разреженный газ. Настолько разреженный, что он не тормозит извечных движений планет, но при этом увлекает их друг к другу и особенно к Солнцу. Что, проникая в недра Земли, звёзд и других тел, эфир конденсируется и превращается в обычные газы и жидкости. При этом эфир очень упруг, ибо, перенося свет, должен колебаться в такт со световой волной. Кроме того, он текуч, как жидкость, но маслянист, так как должен “прилипать к порам тел”, чтобы осуществить притяжение.
Трудно поверить, что эти фантазии разделял великий Ньютон.
Его борьба с эфиром шла с переменным успехом. В основном труде Ньютона о свете, в знаменитой “Оптике”, вышедшей в 1704 году, эфир вовсе не упоминается. Более того, в издании 1706 года сказано: “Не ошибочны ли все гипотезы, в которых свет приписывается давлению или движению, распространяющемуся через некоторую жидкую среду?”
Казалось, вопрос исчерпан. Но ещё через несколько лет Ньютон добавляет к следующему изданию “Оптики” (1717) восемь вопросов по теории света. Ответить на них без помощи гипотезы эфира невозможно! В следующем издании (1721) и в последнем (1730), которые Ньютон редактировал лично, он оставил эти вопросы без изменения. Тем самым он как бы отказался от окончательного решения вопроса об эфире. Эфир для него гипотеза, а гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. Казалось бы, всё ясно? Но прошли века, и другой титан занялся проблемой эфира.
“Уже в 70-х годах, — пишет великий химик Д. И. Менделеев, — у меня настойчиво засел вопрос: да что же это такое эфир в химическом смысле? Сперва я полагал, что эфир есть сумма разреженнейших газов в предельном состоянии. Опыты велись мною при малых давлениях — для получения намёка на ответ”.
Действуя почти так же, как Ньютон, Менделеев написал в статье “Попытка химического понимания мирового эфира”: “Мне кажется мыслимым, что мировой эфир не есть совершенно однородный газ, а смесь нескольких, близких к предельному состоянию, то есть составлен подобно нашей земной атмосфере из смеси нескольких газов”.
Удивительно, насколько близко это к мыслям молодого Ньютона.
Сейчас мало кто помнит о том, что Менделеев поместил свой эфир в нулевую группу Периодической системы элементов и назвал его “ньютонием”.
Эфир шествовал по столетиям, переходя из одной теории в другую, видоизменяясь, выполняя то одну задачу физиков, то другую. Его то временно отменяли как нелепость, то снова молились на него как на избавителя, потому что ничего другого в качестве посредника между телами учёные найти не могли. . . Разные умы придавали эфиру различные оттенки. Он по желанию учёных менял свои облик, словно глина в руках скульптора.
Но всегда за ним сохранялся ореол могущества и неопределённости. вездесущности и зыбкости. Недаром эфир, один из немногих научных терминов, непринуждённо перешёл в поэзию. Помните, о таинственной ночи у Пушкина: “Ночной зефир струит эфир”? О музыке Скрябина: его руками “рождены хрупкие, трепетные. прозрачные, из эфирных струй сотканные звуки. . .”
Эфир не раз выручал физиков в безвыходных положениях и подставлял свои плечи под тяжесть новых своих обязанностей.
Так, Френелю — уже в XIX веке — он помог при создании новой волновой теории света, способной объяснить не только то, что знал Гюйгенс, но и не объяснённое им явление поляризации света. Явление непонятное, если не ввести гипотезу о том, что световые волны — не продольные волны, подобные звуковым, как считал Гюйгенс, а поперечные, больше похожие на морские волны.
Но как мог выйти из положения французский путейский инженер Френель, знавший, что поперечные волны могут распространяться только в твёрдых телах? Он и объявил эфир твёрдым телом. А расчёты немедленно подтвердили, что этот твёрдый эфир к тому же несравненно более упруг, чем сталь. По упругости он не уступает прежнему газообразному эфиру...
В качестве носителя сил тяготения и продольных световых волн Гюйгенса эфиру достаточно было быть газом, правда, газом, обладающим невероятными свойствами. Однако, чтобы справиться с передачей новых, поперечных световых волн Френеля, эфир должен был превратиться в не менее фантастическое твёрдое тело! То газ, то твёрдое тело. . . Было от чего прийти в уныние!
Поразительно, как придирчивые физики, яростно протестующие против самой малой неточности и неясности в расчётах, экспериментах, теориях, так долго не замечали, что эфир — “выродок в семье физических субстанций”, как назвал его впоследствии Эйнштейн. И они не только мирились с капризами эфира, но подлаживались под него, словно его утрата страшила их, словно они боялись лишиться его поддержки!
Судите сами: Максвелл, предсказавший существование электромагнитных волн. родственных свету, не понял, что они есть самостоятельная сущность, не нуждающаяся ни в каком посреднике. Он пытался не порывать с прежним воззрением на механизм распространения световых волн. Максвелл считал электромагнитные волны особыми натяжениями эфира, аналогично тому, как раньше их считали его поперечными волнами,
Герц, первым из людей экспериментально обнаруживший реальное существование электромагнитных волн, тоже боялся расстаться с эфиром. Наконец, в науке появился отважный Лоренц — он объявил, что электромагнитное действие осуществляют электроны. Он представил себе, что электромагнитные волны взаимодействуют с электронами, входящими в состав материальных тел. При этом волны вызывают движение электронов, а движения электронов в свою очередь вызывают электромагнитные волны. Наконец-то наука обошлась без эфира! Однако. . . Лоренц не решился выбросить эфир за борт своей теории. Правда, он оставил за ним лишь одно качество — неподвижность.
Самое странное в этой истории то, что хотя все учёные единогласно считали эфир вездесущей субстанцией, его никто, никогда, ни в одном эксперименте не обнаруживал! Он никому не давался в руки. Ни одному учёному. Ни в одном опыте.
Своей неуловимостью эфир напоминал теплород, невесомое вещество, которое долго занимало трон в науке о теплоте, пока учёные не изгнали его, обнаружив, что король гол...
А опыты по обнаружению эфира между тем предлагались, ставились, и были среди них такие, которые, казалось, не могли не обнаружить его, если он действительно существует.
Один из самых знаменитых опытов ставил своей целью поймать “эфирный ветер”. Мысль была такой: если эфир наполняет собой всё космическое пространство, а Земля, как корабль, движется сквозь этот океан, значит, можно попытаться определить её скорость относительно эфира.
Логично? И Майкельсон, искуснейший экспериментатор XIX века, потратил на тщательные опыты не один год.
Эфир ничем не выдал себя.
И даже это не отрезвило учёных. Казалось, они готовы простить эфиру все причуды, лишь бы он не покидал науку. Если он не проявляет себя в этом опыте, значит, решили учёные, он не вполне неподвижен, как уверял Лоренц. Значит, Земля в своём движении увлекает эфир за собой — вот почему невозможно заметить её движение. При таком предположении эфир из твёрдого тела превращался в какое-то желе, студень!
Пошли разговоры об эфирных хвостах, которые якобы все небесные тела тянут за собой при движении через эфирный студень: большие тела тащат большие хвосты; за малыми тянутся маленькие хвостики. Наверно, и в этом случае можно было бы придумать какой-то эксперимент по поимке эфира... Но такие опыты показались ненужными, ибо внимание физиков привлекла более чем странная гипотеза Фицджеральда — все тела при движении через эфир деформируются, меняя свои размеры, в том числе измерительные линейки, часы и приборы...
Из этой теории следовало, что движение тел через эфир нельзя обнаружить принципиально.
Учёные так привыкли к непостижимому характеру эфира, что эта гипотеза некоторым показалась не только правдоподобной, но даже доказывающей существование эфира. Раз эфир не допускает обнаружение движения тел сквозь себя, значит, он тем самым заявляет о себе! Такая уж это необычайная субстанция...
Историю с эфиром можно причислить к великим ошибкам. Он лихорадил воображение многих поколений учёных и вызвал к жизни новые, более правильные взгляды на мир.
То, что учёные мирились с явной нелепицей — средой с заведомо нереальными свойствами, только подчёркивает их человеческую беспомощность. Эта ситуация намекает на возможность компромиссов даже в такой строго логической области человеческой деятельности, как наука.
Казалось бы, после появления теории относительности Эйнштейна, которая без помощи эфира рассказала людям о космосе всё, что интересовало их в первой половине XX века, физики наших дней больше не вспомнят о нём. Каково же было моё удивление, когда недавно я вновь услышала об эфире, и не от неопытного в науке новичка, не от прожектёра, а от одного из серьёзных, интересных и дальновидных учёных, который создал ряд убедительных, бесспорных, новаторских работ.
Было это в Будапеште.
В каждой стране есть свой кумир. В Англии в наш период истории почитают Поля Дирака, предсказавшего антивещество; во Франции гордятся Луи де Бройлем. отцом волновой механики. В Японии первым лицом после императора считают Хидэки Юкаву, творца теории ядерных сил. В Венгрии национальная гордость — академик Лайош Яноши.
Разумеется, это не означает, что другие венгерские физики хуже. Там много талантливых учёных. И Яноши выделяется не потому, что он самый главный, или потому, что ученикам случалось видеть его в двух галстуках и непарных ботинках. Не многие могут создать собственную трактовку теории относительности. А Яноши создал.
Десять лет жизни отдал Яноши труду под названием “Теория относительности, основанная на физической реальности”. В ней он изложил свой взгляд на мир — особый взгляд, мало кем разделяемый.
Познакомившись с Яноши, мне, разумеется, захотелось услышать от него самого о тех новых критериях, которые он ввёл в науку. А услышала я... об абсолютном пространстве, об эфире — понятиях, казалось бы уже изгнанных прогрессом науки...
— Изгнанных?! — удивляется Яноши. — Это неверно. Посмотрите первый том Собрания сочинений Эйнштейна. Физик уникального чутья и прозорливости, он и после создания общей теории относительности не боялся говорить об эфире как о носителе всех физических событий. Это помогало ему создать качественную и количественную модель мира. А в этой модели он искал нечто, что могло бы сцементировать воедино всё то, что мы знаем о макро- и микромире.
Перечитываю труды Эйнштейна... В докладе, сделанном Эйнштейном 5 мая 1920 года в Лейденском университете по поводу избрания почётным профессором, он говорит, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира.
“Можно принять существование эфира, не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определённое состояние движения”.
Этим высказыванием Эйнштейн возвращает эфир в ту точку его истории, когда тот был признан Лоренцем неподвижным.
“Отрицать эфир, — продолжает Эйнштейн, — это в конечном счёте значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств. С таким воззрением не соглашаются основные факты механики. Эфир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишённая всех механических и математических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные) процессы”.
Чувствуете некоторую двусмысленность?
Но всё-таки посмотрим, как эволюционировало отношение Эйнштейна, Первого физика нашей эпохи, к эфиру. Откроем одну из удивительнейших книг, когда-либо созданных человеком, — “Эволюцию физики”, написанную Эйнштейном совместно с его другом, польским физиком Инфельдом.
С недоумением эти два замечательных мыслителя приходят к двойственному выводу; “... существует взаимодействие между эфиром и веществом в оптических явлениях, но никакого взаимодействия в механических явлениях! Это, конечно, очень парадоксальное заключение!”
Далее они пишут:
“В нашем кратком обозрении принципиальных идей физики мы встретили ряд нерешённых проблем, пришли к трудностям и препятствиям, которые обескуражили учёных в попытках сформулировать единое и последовательное воззрение на все явления внешнего мира”.
Одна из “нерешённых проблем”, “трудность”, “препятствие” — это всё тот же эфир.
Последние десятилетия жизни Эйнштейн тщетно пытался справиться с силами, властвующими над Вселенной, объединить их в единую теорию, объясняющую строение мира.
“Тогда, — мечтал он, — была бы достойно завершена эпоха теоретической физики... Сгладились бы противоречия между эфиром и материей, и вся физика стала бы замкнутой теорией”.
Эйнштейн не осуществил мечты своей жизни. “После стольких неудач наступает момент, когда следует совершенно забыть об эфире и постараться никогда не упоминать о нём. Мы будем говорить: наше пространство обладает физическим свойством передавать волны — и тем самым избежим употребления слова, от которого решили отказаться”.
Так Эйнштейн в вопросе об эфире пришёл, по существу, к тому же, что и Ньютон, Не нужно говорить об эфире, не нужно пытаться апеллировать к нему при решении научных вопросов. Но не следует формулировать прямого ответа на вопрос о существовании подобной среды, пока опыт не даст для ответа какой-нибудь определённой основы.
Эйнштейн пишет: “Нам пока ещё не ясно, какую роль новый эфир призван играть в картине мира будущего”. Этим признанием, созвучным отчаянию Ньютона: “Я не знаю, что такое этот эфир”. Эйнштейн констатирует, что история эфира не завершена.
... Что такое этот, новый эфир? Неясно и сегодня. Вернее, иногда можно услышать ответ: “ясно”. Но у разных учёных это разное “ясно”.
Яноши ослушался Эйнштейна. Он упорно и напряжённо думает над загадочным, неуловимым образом, олицетворяющим плоть мира. Об этом думают и некоторые другие современные физики наперекор общепринятому отрицанию эфира. Во всяком случае, тем физикам, которые категорически отклоняют всякие разговоры об эфире, считая это в наше время криминалом, можно напомнить, что такой серьёзный физик, как нобелевский лауреат Чарльз Таунс, американский создатель мазеров — “атомных часов”, не преминул использовать их — в 1960 году! — для попытки обнаружить эфирный ветер.
— Чтобы найти общий язык в такой сложной области, как философия физики, надо спорить, доказывать, критиковать, ведь только в споре рождается истина, — сказал в заключение нашей беседы Яноши, пожалуй, самый нетипичный из физиков наших дней, позволяющий себе иметь на многие проблемы свою собственную, нестандартную точку зрения.
То, что Яноши вновь обращает своё внимание на эфир, означает, что проблема среды, носителя механических и оптических явлений, не исчерпана. Она, несомненно, будет занимать и будущих физиков.
И это неизбежно. Проблема света доведена до удовлетворительного состояния современной квантовой электродинамикой. И нас уже не смущает двойственная природа света, заставляющая его проявлять себя в одних условиях в виде волн, в других — в виде частиц-фотонов, причём всё это без помощи эфира.
Однако с проблемой поля тяготения не всё обстоит так благополучно. Гравитационное поле существует. Его закономерности хорошо описываются общей теорией относительности, а поисками гравитационных волн или гравитонов — частиц гравитационного поля — занято немало физиков. Но таинственные гравитоны всё ещё не обнаружены.
Впрочем, решение может быть найдено и завтра, и даже сегодня... Вдруг фортуна улыбнётся одному из начинающих физиков? Или маститому? Может быть, Яноши...
Я не поняла во всех деталях картину мира, нарисованную венгерским учёным. Как выяснились, не все физики понимают её. Во всяком случае, если нечто подобное высказываниям Яноши позволит себе на экзамене студент, двойка ему обеспечена.
Но когда о своих взглядах на мир пишет и говорит физик масштаба Яноши, в яростный спор вовлекаются корифеи современной науки. В нём участвовали академики Тамм, Скобельцын, Блохинцев. Но к взаимопониманию не пришли. Неспециалисту невозможно определить, кто прав в этом споре. Возможно, не пришло ещё время созреть решению. Слово — за будущими физиками. Проблема строения мира — одна из главных тем, над которой будут ломать себе голову и те, кто сегодня трудится на научном поприще, и те, кто ещё только учится в школе. Возможно, именно они поймут, в чём заблуждение Яноши, если он заблуждается: в чём он прав, если он прав.
Допустим, он ошибается, вновь ища поддержки эфира, воскрешая ньютоново абсолютное пространство, по-своему перекраивая мир. Науке важнее другое: затраченные им усилия. Науке всегда были необходимы люди неординарного склада мышления, учёные, в которых природа заронила дар особого видения. Такие всегда оставляют заметный след в истории. Если не открытиями, то ошибками. Их дерзость будоражит воображение, воспитывает в молодых умах способность анализировать, критиковать, искать... По-настоящему новое в науку вносят дерзкие умы. Умы, не боящиеся идти против течения, не страшащиеся риска, не обращающие внимания на насмешки и непонимание.
... Среди физиков много альпинистов и горнолыжников. Не потому ли, что в физику идут в основном те, кто не боится опасности?
Всем известны мудрые слова В. И. Ленина о том, что познанию нет предела. Нет застывших истин, ничто из добытого людьми не лежит у нас в копилке мёртвым грузом — знания дополняются, пересматриваются, уточняются. Это можно проиллюстрировать судьбой такой великой теории, как теория относительности Эйнштейна. С самого возникновения её окутывала меняющаяся атмосфера. С ней произошло то же, что и со многими другими великими творениями человеческого духа. Вокруг них часто возникают как бы две противоборствующие стихии. Одни учёные стараются сохранить эти творения в первозданном виде, в неприкосновенности; другие рассматривают их как трамплин для нового скачка мысли.
Широко известно, что теория относительности Эйнштейна вначале многим показалась бредом. Даже в 1935 году, через два десятилетия после её рождения, профессор Чикагского университета известный физик Макмиллан говорил на лекциях своим студентам, что теория относительности — печальное недоразумение.
После признания теории крен пошёл в другую сторону — к каждому её положению стали относиться как к святыне, с благоговением, боясь что-то изменить или нарушить. И каждого, кто пытался что-то додумать по-своему, считали чуть ли не еретиком.
Раз мы заговорили в этой главе об академике Яноши, следует сказать, что он как раз и является одним из “еретиков”.
— Да, многие так говорят обо мне, — без улыбки подтверждает он. — Но это результат неполной информации о моих научных взглядах. Просто некоторые воображают, что мир ведёт себя так, как вытекает из придуманных нами законов. В действительности ему дела нет до наших фантазий! Верны лишь те законы, которые подтверждаются опытом. Надо контролировать теорию экспериментом. Без этого физика — сплошной идеализм. Ничто в наших трактовках окружающего мира не должно опираться на домыслы — только на опыт. Пример — теория относительности Эйнштейна. Она родилась из фактов. А потом начались кривотолки, словесный туман. Мы, его последователи, далеко не единодушны в своём понимании структуры мира...
И Яноши рассказал любопытную историю своих собственных сомнений по этому поводу, историю созревания своего “еретичества”.
Создавая собственную концепцию строения мира, Яноши исходил не из теории относительности Эйнштейна, он оттолкнулся от знаменитых преобразований Лоренца, из которых вытекало, что размеры всех тел. например обычных линеек, зависят от их скорости. Чем больше скорость, тем короче линейка. Эти преобразования предсказывали также, что ход часов замедляется, если скорость их движения в пространстве возрастает. Эта позиция нам знакома, мы говорили о ней в связи с гипотезой Фицджеральда, которой соответствуют математические построения Лоренца.
Яноши возражал против интерпретации преобразований, данных самим Лоренцем, но в ещё большей мере он расходился с Эйнштейном.
Венгерский учёный предлагал свою собственную интерпретацию, а вместе с ней и свой подход к основам теории относительности, который он изложил в статье 1952 года.
Полемический итог этой публикации был воспринят большинством физиков так: все результаты теории относительности можно получить без теории относительности. Статья Яноши не вызвала резонанса в научной печати. Однако Яноши стремился к ясности. Он продолжил исследования и через шесть лет заново сформулировал свои аргументы, приняв во внимание результаты многочисленных обсуждений. Его статья “Дальнейшие соображения о физической интерпретации преобразований Лоренца” появляется в советском журнале “Успехи физических наук”.
Некоторые выводы этой статьи показались редакционной коллегии сомнительными. Учитывая, что журнал читают не только физики, но и люди других специальностей, в том числе и студенты, не способные самостоятельно разобраться в содержании этой сложной статьи, редакционная коллегия попросила одного из наиболее авторитетных физиков-теоретиков академика И. Е. Тамма ознакомиться со статьёй Яноши до её опубликования и, если нужно, прокомментировать её.
В замечаниях Тамма, опубликованных вместе с этой статьёй, указано, что скептическое отношение Яноши к теории относительности привело его к ряду неправильных утверждений, ошибочность двух из них разъясняется читателям.
Замена теории относительности динамическим рассмотрением всех конкретных задач действительно приводит к тем же выводам о строении мира. Но это не может служить доводом против теории относительности, Справедливость этой теории в течение полувека подтверждалась при детальной опытной проверке всех её предсказаний.
Дружеская критика Тамма и других советских учёных заставила Яноши тщательно пересмотреть свои аргументы. Результат многолетних трудов суммирован в книге, о которой мы уже говорили. Книга вышла в 1971 году в Венгрии на английском языке. Впоследствии она была выпущена и в Японии.
Понимая особое место теории относительности в системе научного познания, Яноши опубликовал краткий очерк философских аспектов, лежащих в основе его монографии, в советском журнале “Вопросы философии”. Статья, как и книга, называлась “Теория относительности, основанная на физической реальности”. Он пишет:
“Монография содержит оценку специальной и общей теории относительности. Математический формализм, который используется в ней, эквивалентен общепринятому, и при рассмотрении частных феноменов я прихожу там к хорошо известным и всеми признаваемым результатам. Тем не менее используемые мною понятия выводятся с помощью метода, отличного от принятых обычно в учебниках и исследовательских работах, посвящённых этой проблеме”.
Если Яноши пришёл к тем же выводам, что и Эйнштейн, но другим путём, это лишний раз подтверждает правильность теории Эйнштейна.
Работа Яноши, мне кажется, вызвана не духом противоречия. А тем неудовлетворением, которое испытывают сегодня физики, не получая от теории прежней безотказной помощи при новых затруднениях. Период, когда теория относительности объяснила целый ряд неясностей, накопившихся в течение нескольких столетий, прошёл. Сейчас появились новые экспериментальные материалы, и теория относительности иногда задерживается с ответом.
Это отнюдь не значит, что она неверна. Но она уже требует расширения её рамок, универсализации одних положений и углубления других.
22 ноября 1972 года в Москве на сессии Академии наук СССР академик Я. Б. Зельдович докладывал свои соображения о природе “чёрных дыр” — удивительных, до сих пор до конца не объяснённых объектов, вероятно существующих в космосе. Он сказал: даже теория относительности Эйнштейна, раскрывшая так много тайн Вселенной, бессильна перед тайной “чёрных дыр”. Это явление не укладывается ни в одну из современных теорий мироздания. Слово за будущими Эйнштейнами...
Слушая Зельдовича, физики не могли не вспомнить слова самого Эйнштейна: “В науке нет вечных теорий. Всегда происходит так, что некоторые факты, предсказанные теорией, опровергаются экспериментом. Всякая теория имеет свой период постепенного развития и триумфа, после которого она может испытать быстрый упадок”.
Эйнштейн не имел здесь в виду теорий, неразрывно связанных с опытом. Такие теории, как, например, динамика Ньютона и теория относительности самого Эйнштейна, никогда не испытают упадка. Они могут быть только развиты и углублены. Неудовлетворённость прежними теориями, прежними взглядами на мир рождается из-за того, что каждое новое поколение знает о мире чуть больше, чем прежнее. Переоценка ценностей — естественный процесс эволюции научных взглядов. Он порождает “еретиков”. И они всегда будут появляться в науке. Должны появляться, сигнализируя своим появлением о том, что строгость и требовательность учёных не угасают, что поиски истины для них важнее успокоенности, что они подстерегают недомолвки, ошибки, заблуждения, чтобы ликвидировать их.
“Наша задача — ошибаться как можно быстрее” — этими словами Дж. А. Уилера мы могли бы закончить главу о закономерности временных ошибочных гипотез; об естественности процесса переоценки научных ценностей; о плодотворности появления в науке “еретиков” — кто же, как не они, найдут в прежних теориях слабые и спорные места и загорятся желанием найти новый, более надёжный путь к истинному знанию?
Но естественным заключением этой главы являются следующие мудрые мысли:
“Итак, тысячи лет догадка насчёт эфира существует, оставаясь до сих пор догадкой. Но уж теперь в 1000 раз больше подкопов готово, приводящих к решению вопроса, научному определению эфира”.
В. И. Ленин, написавший эти слова, не дожил до решения вопроса об эфире. Надеюсь, что большинство читателей этой книги узнает, чем будет заменена древняя догадка.
Кладбище погребённых надежд... Мы должны проверять старые идеи, хотя они и принадлежат прошлому, ибо это единственное средство понять важность новых идей и границы их справедливости.
Эйнштейн
Мысли этого человека в течение двух тысячелетий вызывали благоговение и восторг. Казалось, бог глаголет его устами. А римско-католическая церковь словами и делами, отлучениями и кострами в течение веков поддерживала это мнение. Сегодня его учение считается препятствием, которое человечеству пришлось преодолеть, чтобы стать на путь прогресса...
И всё-таки никто не отрицает, что имя автора этого учения — синоним мудрости. Оно известно буквально каждому. История помнит не только идеи этого удивительного человека, но и то, что был он небольшого роста, изящен, склонен к сарказму; она бережет мельчайшие подробности его биографии, передавая их от поколения к поколению, несмотря на обилие новых забот и проблем, невзирая на нехватку бумаги.
Аристотель родился в 384 году до нашей эры в городке Стагире в Северной Греции, в семье врача. Отец считался учёным человеком. Когда он исцелял больных, на него взирали как на высшее существо. Если больной умирал, на врача не сердились, считалось, что умерший призван богами.
Отец Аристотеля вскоре переселился в Пеллу, где стал придворным врачом македонских царей. К нему обращались лишь богатые и знатные люди. Главным пациентом был сам царь Аминт, а затем его преемник Филипп.
Когда Филипп болел, он становился беспомощным, как дитя, а страх делал его щедрым. Придворный эскулап готовился передать своё дело Аристотелю. И всё складывалось к тому: юноша был умён, любезен, ловок. При дворе его любили, баловали, и всё предвещало исполнение желаний родителя.
Но как это ни огорчало старика, Аристотель мало проявлял интереса к медицине — рассеянно выслушивал тайны профессии, тайны, за которые другой отдал бы полцарства. Не скрывал скуки при виде ноющих пациентов, когда им делали растирания или пускали кровь.
Правда, иногда отец начинал думать, что ещё не всё потеряно. Сын радостно сопровождал его в походах за травами для изготовления лекарств. В поле, в лесу Аристотель преображался. Его занимало всё. Не отрываясь он следил, как муравей тащит соломинку, как скользит меж камней ящерица в поисках пищи и убежища. Раскинув руки, бросался на траву и замирал, следя за полётом птиц.
На старого врача градом сыпались вопросы: почему птица летает и сколько на свете зверей; почему они разные и какие самые маленькие, а какие самые большие; почему подброшенный камень не замирает на месте, когда его отпустит рука, а продолжает лететь?..
Да, мальчик задавал массу вопросов, но, увы, они не касались рецептов доставления настоек из трав, не имели отношения к врачебному ремеслу.
И вечерами Аристотель не задерживался в душных парадных залах, где веселилась придворная знать. Он выскальзывал в сад; оглушённый тишиной, вглядывался в таинственное ночное небо. Маняще мерцали звёзды... Равнодушно светила луна... Луна... Птица в сияющем оперении? Корабль в неведомом океане?
Отец хмурился, выслушивая тысячи вопросов. С удовольствием рассказал бы он сыну всё, что касается недугов человеческого тела... Но птицы, звёзды...
Досадливо объяснял он, что и полёт птиц, и падение камня, и величественное движение небесных светил — всё происходит так, как угодно богам. И Аристотель верил этому: во всём, что он наблюдал, чувствовался порядок, закон. С ранних лет ему хотелось понять этот закон, раскрыть тайный промысел олимпийцев.
Мальчик стремился разглядеть порядок и там, где большинство образованных людей его времени видело лишь набор случайных, не связанных между собой явлений, объясняемых лишь гневом или мудростью богов.
Придёт время, и Аристотель найдёт этот закон, поймёт причины многих явлений. Найдёт неверный закон и ложные причины, и его блистательная жизнь станет для потомков примером величайшего самообольщения.
Но главное дело своей жизни он осуществит — докажет, что в мире царит порядок, что жизнью Вселенной управляет закон. А следовательно, мир познаваем.
Всё это случится позже, а пока Аристотель продолжал свою беспечную жизнь при дворе Филиппа Македонского, продолжал сердить отца и умилять придворных, выдумывая все новые и новые загадки.
Не только старый врач, но и другие взрослые в ответ на “нелепые” вопросы Аристотеля иногда, посмеявшись, говорили: это знает разве что Платон... И никто не удивился, когда после смерти отца 17-летний Аристотель употребил доставшееся ему наследство на поездку в Афины, в школу знаменитого Платона.
На дверях школы Аристотель прочёл надпись: “Никто, не сведущий в математике, да не войдёт в этот дом”.
Математика была богом Платона. Ей он поклонялся, на все вопросы искал ответа у неё.
Платон не любил поднимать голову от папирусов и снисходить к практическим делам. Он жил в грезах, мечтаниях и считал, что окружающий мир — всего лишь тень, отблеск идеи, созданной творцом. И эту идею можно познать только с помощью чистой науки. Например, он считал, следуя Пифагору, что планеты расположены на расстояниях, соответствующих гармоническим отношениям музыкальных тонов. Ему и в голову не приходило, что это нуждается в проверке. Он отвергал практическую деятельность как недостойную учёного и протестовал против использования математики в решении повседневных практических задач.
Очень неодобрительно Платон относился к своему ученику Архиту, ставшему другом Аристотеля. Тот вёл себя неподобающим образом — изобретал блоки, винты и даже построил механического летающего голубя. И — какова дерзость! — применял при конструировании геометрические и математические расчёты, которым научил его Платон с совсем другой, возвышенной целью.
Астрономов Платон упрекал в том, что они слишком часто смотрят в небо. Евдокс Книдский, тоже ученик Платона, считающийся первым астрономом древности, возбудил гнев учителя тем, что, выполняя его поручение, не столько стремился найти теоретическое объяснение запутанного движения планет, сколько по собственной инициативе тратил время на наблюдение этих движений! Путешествуя по Египту, Евдокс обнаружил в Каире высокую башню и оборудовал в ней обсерваторию. Как только позволяли дела, он уезжал в Каир и вёл с этой башни тщательное изучение ночного неба. Свои занятия Евдокс скрывал от учителя. То, что он наблюдал, противоречило убеждениям Платона.
Тот учил: только равномерное круговое движение светил достойно неба. А Евдокс с удивлением наблюдал, как вместо этого равномерного движения планеты позволяют себе то замедлять бег, то ускорять его, а некоторые планеты двигались вспять! Обеспокоенный таким отклонением от идеала, Евдокс придумал своё, очень красивое и замысловатое небо: каждая планета укреплена на прозрачной сфере, похожей на сферу звёзд, но вращающейся не так, как она. Первая планетная сфера вращается внутри второй, вторая вращается внутри третьей, а та — внутри четвёртой и так далее, каждая со своей скоростью и вокруг собственной оси. Так Евдокс объяснял изменение долготы и широты и обратное движение планет. Для этого ему понадобилось 26 сфер.
Аристотель не только согласился с Евдоксом, но, стремясь к точности, увеличил число сфер до пятидесяти, чтобы относительное вращение их могло объяснить всё разнообразие наблюдаемых небесных явлений.
Казалось бы, Платон должен гордиться таким усердием учеников, но он частенько ворчал:
— Истинных астрономов я признаю мудрецами, но к ним причисляю не тех, которые, подобно Гесиоду и другим сходным с ним звездочётам, хотят служить науке, наблюдая восход и закат светил, а только людей, исследующих восемь сфер небесных и великую гармонию Вселенной — единственный предмет, достойный и приличный для человеческого ума, просвещённого богами.
Если бы Платон внимательно посмотрел на небо! Может быть, он иначе отнёсся к словам Аристотеля, который с жаром доказывал ему:
— Учитель, этот мир — не тень, не иллюзия, оглянись вокруг! Понаблюдай за жизнью. Наблюдение — единственный путь познания. Источником наших идей и понятий служат не числа, а окружающий нас мир. Чистая математика не приведёт нас к истинному знанию. Наука должна опираться на наблюдение!
Восприятие Аристотелем мира как объективной действительности, существующей независимо от наших чувств и ощущений, дало право В.И. Ленину написать в своих “Философских тетрадях” об этом учёном древности: у него “нет сомнений в реальности внешнего мира” — и противопоставить его материализм идеализму Платона.
Возле Платона Аристотель провёл двадцать лет. Перенял от него уверенности в том, что Земля покоится в центре Вселенной; что глаз видит потому, что от предметов исходят флюиды; что математика — единственное достойное мужа занятие.
В своих взглядах на окружающий мир они тем не менее остались разными — Аристотель и Платон. Один — жизнелюб, верящий в материальность мира. Другой — идеалист, затворник, прославляющий мир теней, символов, не доверяющий своим чувствам.
Как видно, большое влияние на Платона оказал его предшественник Анаксагор. Не веря в истинность ощущений, тот передал обманчивость чувств парадоксальным выражением — “снег чёрен”. Даже цвета тел он объяснял только субъективным ощущением. Платон так и остался на всю жизнь под обаянием этого “чёрного снега”.
Зато Аристотель не сомневался, что снег — белый.
Хотя шёл IV век до нашей эры, на счету у юного человечества было немало знаний. Не только в Греции, крупицы знаний собирались в Вавилоне и Египте, а о древней китайской науке, восходившей к XIII веку до нашей эры, рассказывали чудеса. Во всяком случае, во времена Платона и Аристотеля уже были известны способы выплавки и обработки металлов, изобретены вёсельные и парусные суда, весы, циркули, рычаги, блоки, водяные часы. Люди применяли различные приспособления в строительстве, для обработки зерна, приготовления муки и других продуктов питания.
Но умельцы делали эти примитивные механизмы по наитию, часто не понимая принципа их действия. Тогда не было ни механики, ни науки конструирования.
Аристотель берётся за всё. Изучает работу весов, блоков, проектирует и строит механизмы и машины. И эти труды заложили основы механики. На аристотелевых принципах она послужила человечеству много столетий вплоть до новых времён, когда Галилей заменил их другими.
В трудах Аристотеля — отголоски его детских интересов, в них обилие разнообразных сведений о природе. Он по-прежнему задаёт, теперь уже только себе, массу вопросов: почему роса выпадает только в ясные и тихие ночи? Почему меняет направление ветер? Почему пары морской воды пресны? Отчего происходят землетрясения? Что такое радуга?
Но теперь он не ограничивается вопросами. Он придумывает объяснения. И они поражают современников фантазией и смелостью.
До сих пор неизвестно, как Аристотель пришёл к некоторым своим результатам. Какими методами пользовался? Какие делал расчёты?
Например, он захотел узнать размеры Земли. В то время мыслящие люди уже догадывались о том, что Земля шарообразна. Корабли скрывались за горизонтом. По мере продвижения путешественника на юг он видел, что звёзды поднимаются к зениту. Земная тень при лунных затмениях кругла. Но сколь она велика, наша Земля? И Аристотель рассчитал её размеры. Ошибся он не намного. Его Земля больше реальной только в два раза.
Любуясь игрой света, он изучал свойства лучей. Слушая музыку, размышлял о звуках. Его акустические и оптические работы основаны на точном наблюдении, в них проявляется глубокая и верная интуиция. На вопрос, отчего происходит звук, он отвечает:
— Звук происходит оттого, что звучащее тело приводит в движение воздух. Воздух при этом сжимается и растягивается и ударами звучащего тела проталкивается все дальше и дальше, отчего звук распространяется но всех направлениях.
Что такое эхо?
— Эхо, — говорит Аристотель, — возникает тогда, когда воздух встречает на пути своего движения стену и отбрасывается назад подобно мячу.
Такие вопросы возникают сегодня только у детей. Ответы содержатся в школьных учебниках. Но во времена Аристотели над ними ломали головы мудрейшие.
Вы думаете, человечество осознавало своё невежество? Ни на один из вопросов, которые Аристотель и другие учёные задавали природе, не существовало ответа. И всё же человечество уже в ту пору было самонадеянно. Вот какую надпись сделали на могиле одного из предшественников Аристотеля благодарные и нетребовательные сограждане: “Здесь покоится Анаксагор, который достиг крайнего предела истины, познав устройство Вселенной”.
Названия трудов Аристотеля говорят о широте его интересов: “Физика”, “О небе”, “О возникновении и уничтожении”, “Метеорология”, “Механика”.
Энгельс впоследствии назовет Аристотеля “самой всеобъемлющей головой”. И действительно, пока он придерживается простых наблюдаемых вещей, он точен и мудр. Но у него постепенно возникают вопросы глобального порядка, он задумывается над проблемой мироздания. И чем более усложняются задачи, возникающие перед Аристотелем, тем меньше их решения исходят из наблюдений. Постепенно кончаются достижения этого пытливого ума и возникают трагические заблуждения.
Ещё в детстве Аристотеля занимала загадка движения. С годами она справедливо кажется ему центральной проблемой физики. Аристотель снова, как в детстве, подбрасывает вверх камни, яблоки, горсти песка, наблюдает движение повозок и кораблей. Его по-прежнему занимает, мучает вопрос: почему брошенный камень, отделившись от руки, не замирает на месте, а продолжает лететь? Он не догадывается ещё о силе тяготения, а думает, что каждому предмету свойственны лёгкость или тяжесть и каждый предмет стремится к своему месту. Лёгкие тела стремятся вверх — к небу, тяжелые — вниз, к земле. Он создаёт теорию движения, утверждающую, что движущийся предмет направляется самой средой, в которой он перемещается. Летящее тело оставляет позади себя пустое пространство, и воздух, устремляющийся в освободившееся место, подталкивает его сзади. Но так можно понять только естественные движения, движения вверх и вниз, свойственные всем свободным телам. Как же быть с насильственными движениями, движениями повозок и колесниц, лодок и кораблей? Их надо тянуть или толкать. И тут нужно понять и объяснить, почему две лошади тянут повозку скорее, чем одна, а два гребца толкают лодку быстрее, чем один...
Аристотель наблюдает, осмысливает, обобщает. В результате напряжённых размышлений возникает основной закон механики. Аристотель формулирует его так: движущееся тело находится под действием некоторой силы, и скорость его прямо пропорциональна приложенной силе и умеряется сопротивлением среды.
А если предмет движется в пустоте? — подаёт голос здравый смысл. Ведь предмету тогда ничто не сопротивляется... Следовательно, скорость тела станет бесконечной, а оно само — вездесущим?
Аристотель понимает, что теория зашла в тупик, но объявляет не ложность теории, а... невозможность существования пустоты. Эта невозможность подтверждается, по его мнению, и явлением присасывания — так природа “сопротивляется” возникновению пустоты.
В трудах Аристотеля появляется термин — “боязнь пустоты”. Движимый этой боязнью, Аристотель уверовал в необходимость особого вещества, заполняющего Вселенную, — эфира. Он не считает нужным уточнять свойства этой новоявленной среды, лишь бы это была материя, а не пустота. Без наличия вездесущей материи его теория движения становилась противоречивой, а следовательно, неверной. Без непрерывной целостной среды невозможно объяснить “подталкивание” предметов.
Странное утверждение упрямо поддерживалось Аристотелем и его учениками. И как ни удивительно, дискуссии на эту тему достигли даже нашего времени. Потому что и ньютоново абсолютное пространство, и эфир, вещество, якобы наполняющее Вселенную, дожили до рождения теории относительности и даже продолжают иногда всплывать в научных публикациях наших дней.
Главный вывод, сделанный Аристотелем в результате этих рассуждений: во Вселенной не существует ни пустого пространства, ни мельчайших неделимых частиц материи.
Из-за боязни пустоты Аристотель отвергает гениальную догадку своих предшественников Демокрита и Левкиппа о том, что Вселенная состоит из пустого пространства и бесконечного множества атомов.
Атомизм надолго сходит со сцены науки. Вместо атомистической теории, которую история приписывает V столетию до нашей эры, Аристотель предложил человечеству свою модель мира — полную противоречий, но она была безоговорочно принята современниками, так как исходила от Первого мудреца того времени.
Вот какова эта величественная, но нелепая картина мира.
Мир, по Аристотелю, состоит из четырёх основных начал, свойственных природе: тепла и холода, сухости и влажности. Из них попарно получаются четыре вещества: жаркий и сухой огонь, жаркий и влажный воздух, холодная и влажная вода, холодная и сухая земля. Из этих четырёх первоначальных стихий, по мнению Аристотеля, состоит всё в природе. Да ещё Аристотель предлагает пятое начало — пресловутый эфир, из которого состоит только небо.
Он вынужден использовать какое-то магическое вещество, чтобы с его помощью объяснить круговое движение звёзд, в которое верил его учитель Платон. Если земным телам” (вероятно, в силу их неизменного происхождения) прощалось прямолинейное движение, звёзды должны были совершать только идеальное кружение. И Аристотель вышел из положения, предположив, что они прикреплены к сфере, состоящей из эфира, которому на все времена задано круговое движение. Планеты его заботили меньше: так как в них есть нечто земное, то и совершают они не идеальное движение, не чисто круговое, а более произвольное.
Разумеется, Аристотель не мог не задуматься над загадкой непрерывного движения небесных тел. Однако он не придумал ничего сверх того, что говорил ему в детстве отец — так угодно богам. И Аристотель учит уже сам: небесные движения вечны потому, что они вечно поддерживаются перводвигателем, вращающим все сферы, к которым прикреплены звёзды и планеты. Так, пользуясь помощью своих пяти начал и божьего промысла, Аристотель объяснял все явления окружающего мира.
Его рассуждения сложны, надуманны, громоздки. В свете сегодняшних взглядов просто нелепы.
Жизнь Аристотеля — пример удивительного противоречия. С одной стороны — великая догадка: мир не лавка старьёвщика, где навалено всего понемногу, не скопище случайных вещей и явлений. Природа скроена из определённых веществ по определённому плану.
С другой — вещества названы ошибочно, их связь не понята. Найдена главная руководящая мысль — миром управляет закон. Но, стремясь сформулировать этот закон, Аристотель снова ошибается. Исходя из предвзятого представления, основанного на плохо осмысленном наблюдении, он принимает видимость за сущность. Одна ошибка порождает следующую, всё здание придуманного Аристотелем мира — колосс на глиняных ногах...
Давно нет Аристотеля. Ушло в небытие много учёных, сражавшихся за его учение и против него; протекли века. А споры вокруг научных взглядов Аристотеля не умирают. Они то затихают, то вспыхивают вновь с неожиданной силой. Снова и снова история задаёт разным временам и разным учёным один и тот же вопрос: в чём корни трагедии Аристотеля?
Почему этот вопрос продолжает волновать и нас, людей XX столетия? Не потому ли, что ответ важен для формирования сегодняшние 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 их классификации.
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 времен 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 лёгкий. 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 тяжелой 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 колебании светильника, действительно, оказались постоянными, и этим наблюдением он заложил основу наших представлений о кинетической и потенциальной энергии. Мимолетное впечатление породило в голове Галилея, этого первого
истинного физика, целый поток идей.Теперь мы знаем, что самое пристальное созерцание, самое внимательное наблюдение не всегда способно вскрыть детали явления. Для этого необходимо вмешаться в ход процесса. Провести целенаправленный опыт, ряд опытов. Но Аристотель этого не знал. Не понимали этого и учёные, творившие более десяти веков после него. Не понимали и слепо верили авторитету Аристотеля. Авторитет плюс очевидность утверждений сделали его учение таким долговечным.
Итак, причиной заблуждений Аристотеля явилось вовсе не отсутствие способности к рассуждениям. Этим с большим искусством владели и Аристотель, и все представители натурфилософии, которая воплотила собою систему научной мысли древности.
Порок аристотелева метода познания — пренебрежение экспериментом — проистекает из социальных позиций эллинистического общества. Об устройстве его создано много красивых легенд. Многие древние авторы представляли потомкам это общество как прекрасную идеальную сказку. Но был в идеях этого строя изъян, сделавший бессильными научные достижения эллинов — они были искусными творцами гипотез (над которыми до сих нор трудится человечество), но сознательно клали предел своим возможностям. Они пренебрегали физическим трудом. Это занятие, по их мнению, удел рабов. Эллины считали ниже своего достоинства пользоваться инструментами, называя их орудиями пошлого ремесла.
Такая нелепая точка зрения тормозила развитие науки, обедняла возможности учёных. Эта позиция проявилась в трудах Платона, Аристотеля и многих других мыслителей древности. Их наука покоилась на зыбком пассивном созерцании, что привело к застою мысли и ограничило научные достижения древности.
Натурфилософы старались придумать общие законы, дать глобальное решение проблемы, а от неё уже спускались к частностям. Это мощный метод познания. Но этот метод мог дать плодотворный результат лишь в единственном случае, при одном — решающем — условии: если исходная идея верна. Если же она ошибочна, то вся последующая логическая нить рассуждений становилась бесплодной. Так и случилось с последователями Аристотеля, которые принимали видимость за сущность или просто строили длинные цепи умозаключений на догматах, пришедших к ним от Аристотеля. Натурфилософ не мог подвергнуть сомнению их истинность. Он не смущался тем, что обычно концы с концами не сходились и требовались всё новые и новые хитроумные гипотезы, чтобы цепочка рассуждений становилась правдоподобной. Именно в этом он видел сущность и задачу науки.
Но рассчитывать, что понимание истинных закономерностей снизойдёт даже на мудрейшие из голов, как показала история, — дело безнадёжное. Общее всё-таки складывается из частностей, тщательно проанализированных. Только из мозаики проверенных фактов складывается картина мира. Вот почему метод чистой натурфилософии не открыл человечеству истинной сущности мира.
Анализ творчества Аристотеля показал следующим поколениям неполноценность такого пути познания. Его догадки о строении мира оказались ошибочными именно потому, что он исходил из неверной руководящей идеи. Заблуждения великого мыслителя дали хороший урок человечеству.
Аристотель не сомневался в истинности своих открытий, и ничто не мешало ему передавать свои взгляды ученикам. Его положение в стране было особенным. Оно объяснялось не только почтением к нему как к мудрецу и пророку, но и дружбой с самим королём.
Когда сыну Филиппа Македонского Александру исполнилось 14 лет, отец пригласил Аристотеля стать его воспитателем. И уважение высокопоставленного ученика, который говорил: “Я чту Аристотеля наравне со своим отцом, так как если я отцу обязан жизнью, то Аристотелю обязан тем, что даёт ей цену”, вероятно, отражало отношение к нему окружающих.
Так или иначе, Аристотель имел возможность основать свою собственную школу и воспитать смену, послушную его взглядам на мир.
Аристотель жил в той части Афин, которая называлась в честь храма Аполлона –Ликейского Ликеем. В этой местности находились просторные помещения для гимнастических упражнений. Здесь, возле колонн, и собирал Аристотель своих учеников. По созвучию с названием колонн — περιπατοι — οоследователи Аристотеля были названы перипатетиками.
После смерти Александра Македонского власть в Афинах перешла к его противникам. Аристотель был им не угоден. Ему угрожала судьба Сократа. Желая избавить сограждан от вторичного преступления против философии, он покинул город и поселился в Халкиде, где вскоре умер в возрасте 63 лет.
Некоторые историки пишут, что он добровольно удалился в изгнание, так как его обвинили в оскорблении богов. Это обвинение уже было привычно в то время. Так изгнали за столетие до него Анаксагора — учителя Перикла, Еврипида и Сократа. Завистники Анаксагора приговорили его к смертной казни, и только знаменитые ученики добились замены казни пожизненной ссылкой. Анаксагор имел мужество шутить: “Не я лишился афинян, а афиняне лишились меня”. Но Аристотель, как видно, не обладал таким чувством юмора и принял изгнание как трагедию.
История ещё не раз столкнётся с таким отношением к учёным со стороны деспотизма и догматизма. Церковь заставит Галился отречься от истины; монаха Джордано Бруно инквизиторы сожгут на костре; на портрете Эйнштейна фашисты напишут “разыскивается преступник” и сожгут, к счастью, не его, а его книги, Нильс Бор будет вынужден на рыбацком судёнышке бежать в Швецию, а потом в Англию. Это случится, когда гитлеровцы вторгнутся в Данию. Энрико Ферми найдёт убежище за океаном. Советский Союз приютит Бруно Понтекорво...
... Итак. Аристотель умер в изгнании, оставив после себя многочисленные труды и приведя в порядок и систематизировав главные научные знания, доставшиеся ему в наследство от предшественников. Последователи Аристотеля будут бережно хранить в неприкосновенности систему знаний, оставленную им учителем, боясь переставить в ней хоть слово, не решаясь ничего изменить, тем более подвергнуть какое-либо положение сомнению.
Виноват ли в этом Аристотель? Виноват ли в том, что после него ещё долго не находился столь же решительный, дерзкий ум, как его собственный, который мог бы внести необходимые коррективы в обширную, но ложную систему научных взглядов Аристотеля?..
Нельзя сказать, что ни у кого из современников Аристотеля или ближайших последователей не возникало сомнений в его непогрешимости. Разумеется, здравый смысл заставлял учёных, читавших аристотелевы труды, недоумевать по поводу некоторых его выводов.
Например: если аристотелева теория движения верна, то как объяснить вращение колеса? Толчок — и колесо завертелось. Оно не перемещается, место для подталкивающего воздуха не освобождает, какая же сила его движет?
Перипатетики были бессильны перед подобными вопросами. Такими каверзными замечаниями особенно отличался Иоанн Филипон, один из комментаторов Аристотеля, прозванный за учёность Грамматиком. Он жил в Александрии в первой половине VI века нашей эры и написал немало страниц, пропитанных едким сарказмом по поводу трудов Аристотеля. Но аристотелианцы ревностно защищали своего кумира.
Ни Грамматик, ни другие оппоненты Аристотеля не могли быть широко услышаны. Впрочем, высказывая сомнения, они не предлагали других решений. Впоследствии католическая церковь канонизировала учение Аристотеля, обвинённого при жизни в оскорблении богов. Его научная система была введена во все учебники и настойчиво “впрыскивалась” в головы молодёжи.
Церковь искусственно нарушила естественный процесс развития знаний. Если такие заблуждения науки, как эфир, теплород, вечный двигатель, активизировали научную мысль, ошибочные взгляды Аристотеля с помощью церкви долго тормозили переоценку ценностей.
Даже в XVI веке в просвещённой Англии, в Оксфорде, каждый магистр или доктор, если он допускал в лекции какое-нибудь сомнение в учении Аристотеля, вынужден был платить 5 шиллингов штрафа. Блестящий учёный Джордано Бруно, который вёл упорную борьбу с физическими теориями Аристотеля, долго не мог пробиться к кафедре сквозь заслон перипатетиков. Он вёл с ними публичные диспуты, блистательно опровергал их. По его собственному выражению, пятнадцать раз замазывал им рот так удачно, что они отвечали ему только бранью, но... Переезжал из Англии во Францию, из Франции в Германию и нигде не мог добиться возможности читать лекции.
Ещё долго во всех университетах мира существовало положение, при котором почитаемым был тот профессор, который “преподавал Аристотеля”, а тот, кто преподавал другие взгляды, был беден и гоним. Так, падуанский профессор Кремонини (XVI век), из года в год читающий одно и то же изложение Аристотели, получал в год 2000 гульденов. А Галилей, которого аристотелианцы уже изгнали из одного университета, в том же падуанском получает за лекции по математике гроши.
Галилей же утверждал: если бы Аристотель был жив, он назвал бы его своим лучшим учеником — ведь Галилей отважился бросить вызов его теориям, нашёл в себе мужество пойти дальше учителя. Не в этом ли смысл прогресса?
Кто знает, прав ли был Галилей на этот счёт. Об Аристотеле ходили мрачные слухи. Говорили, что он, подобно восточному деспоту, душил противников. Он скупал и уничтожал рукописи и копии рукописей, содержание которых противоречило его учению. Он требовал этого и от своих учеников, а те передавали этот “обычай” дальше. В результате человечество лишилось трудов древних атомистов и других греческих философов, с которыми боролся Аристотель. Мы знаем об этих трудах лишь из позднейших источников, по арабским переводам или по случайным копиям, оставшимся недоступными для поколений перипатетиков.
... Много веков спустя об Аристотеле напишут: "...величайший из древних философов, Аристотель, оставил потомству почти только ряд одних физических заблуждений..." Много трудов будет посвящено выяснению того, почему Аристотель и его школа не сумели подняться до высот истинного знания. Но несмотря на то что Аристотель оставил потомкам лишь нерешённые проблемы, его значение в том, что он поставил их. Он дерзнул задать природе вопросы. Наметил круг тем, решению которых человечество до сих пор отдаёт свой умственный пыл.
Парадокс заключается в том, что для истории человеческой мысли не так уж важно — ошибался ли Аристотель в своих взглядах на мир или нет. Изучая его труды, последующие учёные оттачивали свою пытливость, искали истину, учились думать. Найди он правильные ответы на свои вопросы, он ускорил бы прогресс, несомненно, какие-то вехи истории сместились бы во времени. Но не намного. В прежние времена наука не оказывала столь мгновенного действия на судьбы людей, В тех областях знаний, которыми интересовались древние и средние века, дата того или иного открытия не влияла столь решающим образом на судьбы человечества, как теперь.
Сегодня — иное дело. Мы знаем, сделай атомную бомбу фашисты, мир ещё долго имел бы другое, страшное лицо. Многое зависит от того, как скоро люди найдут способ открыть новые источники энергии. Это тоже мгновенно скажется на судьбах человечества.
Ошибки древних только оттянули интеллектуальную зрелость человечества, удлинили период незрелости. Может быть, дали окрепнуть человеческой психике. Неизвестно, так ли полезен для психического здоровья людей нынешний шквал знаний, новой информации, тех изменений, которые вносит в нашу жизнь всё усиливающийся поток открытий...
Величие Аристотеля в том, что его научная деятельность и страсть с необыкновенной убедительностью возвестили миру: мозг человека созрел для познания.
А ошибки, которые допустил этот блестящий, всеобъемлющий ум, научили последующие поколения учёных не доверять пассивному, умозрительному наблюдению. Натолкнули на путь эксперимента, помогли понять, что научный прогресс — это восхождение от частных случаев к осознанию общих законов явлений. Не вина Аристотеля, что в поисках законов движения он остался на нижней ступеньке познания.
Формулируя закон движения, Аристотель, по существу, выразил частный случай общего закона, когда трение определяет основные черты движения. А Галилей вывел закон движения в общем виде.
Но и Галилей был лишь на подступах к истине. Ньютон оставит его позади в объяснении общности законов движения — Галилей этого не постиг, не понял универсальных свойств силы тяготения. Эйнштейн пойдёт дальше Ньютона, и окажется, что вся доэйнштейновская механика есть только частный случай теории относительности. Эта всеобъемлющая система рассмотрит не только мир “спокойных” скоростей, который изучал Ньютон и с которым мы имеем дело в повседневной жизни. но и мир, где тела движутся со скоростями, близкими к скорости света.
Эйнштейн уже в наши дни так определил сверхзадачу физики: дать единый закон, объясняющий все явления в мире. Закон, вбирающий в себя все частные случаи, все видоизменения нашего мира: и мира космоса, и мира элементарных частиц.
“Наша цель состоит в том, чтобы описать всё, что когда-либо случалось или может случиться, с помощью одной теории”.
Осуществление этой мечты — далёкое будущее, но оно невозможно без осмысления ошибок прошлого. И это осмысление идёт параллельно с познанием нового, корректируя его и предостерегая от ложных шагов.
... Постепенно время помогло учёным рассортировать ошибки и находки Аристотеля. Помогло понять и оценить главное, что подарил человечеству Аристотель. Это главное – его догадка о закономерности всех явлений природы, великая догадка, сделавшая имя бессмертным.
Высказать мысль о том, что мир подчиняется строгим законам и эти законы доступны человеческому разуму, обосновать это вопреки мистическим учениям таких авторитетов, как Пифагор и Платон, значило указать материалистическое направление познанию. Ещё много веков после Аристотеля раздавались возражения против возможности объективного изучения природы. Рецидивы идеализма живы и в наши дни в трудах некоторых западных философов. Но это лишь отголоски невежества. Аристотель помог людям ступить на почву объективного познания действительности.
Это напоминает ощущение тореадора. Я знаю, что могу быть ранен, но дайте мне хорошего быка, и посмотрим, могу ли я сделать настоящее предъявление...
Рой Стайгер
О Копернике нельзя сказать, что он первым догадался о вращении Земли вокруг Солнца. Правильнее сказать, что он был тем, кто положил конец сомнению, найдя научное решение загадок небесных движений. Но закрытие темы оказалось куда более трудным делом, чем её открытие Аристархом в III веке до нашей эры. И потребовало такого мужества, что жизнь Коперника потомки отождествляют с научным подвигом, а его самого считают первым из великих астрономов.
Так почему же, спросит читатель, Коперник попал в книгу о заблуждениях?
... В VII веке до нашей эры Фалес Милетский, которого древние почитали как одного из семи мудрецов Греции, сообщил соотечественникам о том, что Земля является центром мироздания. Ввиду исключительности своей миссии она неподвижна, а остальные небесные тела кружатся вокруг неё в почтительном отдалении. Эта версия очень понравилась. Фалеса одаривали почестями и, когда он умер, его оплакивали как человека, утвердившего избранность планеты людей.
Но прошло время, и Пифагор отверг учение Фалеса. В центр Вселенной он поместил чистейшее из всех веществ — огонь, а вокруг огня заставил вращаться Землю, Луну. Солнце, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн и крайнюю сферу неподвижных звёзд, венчавших эту космическую карусель.
Платон в V веке до нашей эры снова передвинул Землю в центр Вселенной.
Позднее Гераклид Понтийский и Экфант, один — последователь Платона, другой — Пифагора, объединившись, признали Землю центром Вселенной и придали ей вращение вокруг оси, чтобы объяснить видимое движение звёзд по небосводу.
Аристотель своим авторитетом надолго пригвоздил Землю в этом её привилегированном положении.
Единственным, кто возвысил голос против авторитета Аристотеля и против неподвижности Земли, был Аристарх Самосский, приверженец учения Пифагора о движении Земли. Он существенно усовершенствовал космогоническую систему Пифагора, выбросив из её центра мистический огонь и поместив туда Солнце.
Аристарх объявил, что Солнце находится в покое в центре мира, а сфера неподвижных звёзд покоится у его границ. Земля же вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, что создаёт видимое движение звёзд и нашего светила. На возражение, что при движении Земли неподвижные звёзды должны не только вращаться по небосводу, но и ежегодно описывать на нём небольшие круги, Аристарх отвечал, что человеческий глаз не может рассмотреть эти круги из-за громадного расстояния до звёзд.
Мы можем лишь удивляться тому, как Аристарху удалось оторваться от освящённых традиций и столь близко подойти к истине. Но, может быть, ещё удивительнее, что голос его остался неуслышанным. Неуслышанным или непонятым ни Гиппархом, который снова, уже во II веке нашей эры, пришёл к мысли о том, что Солнце движется вокруг Земли; ни Птолемеем, который своими солидными трудами обрёк Землю на многовековую неподвижность.
Об Аристархе так хорошо забыли, что Копернику, который ссылался только на Пифагора, пришлось вновь, в XVI веке, открывать гелиоцентрическую систему мира. Уже навсегда. Но для того, чтобы развенчать Птолемея и вытолкнуть Землю из центра мироздания, ему пришлось затратить всю жизнь.
Эта жизнь могла сложиться куда спокойнее, если бы он не занялся астрономией. У Коперника было множество возможностей иначе использовать свои силы и дарования. Выбрать себе любую профессию. Он был богат — отец, краковский купец, мечтал дать сыну блестящее воспитание. Об его образовании заботился и дядя, епископ большой Вармийской епархии. Образованный, просвещённый человек, со связями, он был заметной фигурой в польском обществе. Слыл поборником новых идей, патриотом. И действительно, сделал немало для своего края с его тревожной судьбой.
Вармия была частью польской территории, простиравшейся по берегам Вислы от города Торунь, где в 1473 году родился Коперник, до Балтийского моря. Она часто становилась жертвой алчности соседей. За век до рождения Коперника Вармию захватил Тевтонский орден, но в XIV веке поляки отбили её у немцев. Вармия стала церковным княжеством. Она считалась в вассальной зависимости от польских королей, но управлялась епископом и его советом — капитулом, как его называли, состоявшим из шестнадцати каноников.
И епископу, и каноникам, и простым людям вармийской земли часто приходилось превращаться в солдат: Тевтонский орден продолжал попытки захватить Вармию. На этой почве созрело и закалилось гражданское мужество молодого Коперника. Он не остался в стороне от всех этих событий и, когда пришло время, влился в ряды поляков, боровшихся за независимость своей родины.
Но поначалу жизнь его складывалась благополучно и спокойно. Двадцати четырёх лет, окончив Краковский университет, он стал каноником Вармии. Для такого молодого человека это было почётным назначением. Должность обеспечивала ему материальную независимость, а главное — досуг, который он мог тратить по своему усмотрению.
Коперник распорядился свободой на свой лад. Он покинул Краков, где четыре года изучал медицину и математику, и уехал в Вену, потом в Падую, Феррару, наконец. в Болонью.
Не случай привёл Коперника в Болонью. Ещё в Кракове он прослушал курс астрономии. Крупный польский астроном Войцех Брудзевскнй, угадав в юноше особый дар, подсказал Копернику выбор. Не медицина, не чистая математика — астрономия должна стать полем его деятельности. И советовал расширить и укрепить знания в других университетах, поехать в Болонью к известному астроному Наварре.
Прошло несколько лет напряжённых занятий, и в 1500 году в расписании лекций по математике Римского университета можно было найти имя преподавателя Николая Коперника.
Заграничная командировка Коперника подходила к концу — считалось, что капитул послал его изучать каноническое право, — но он успел изучить греческий язык (что открыло ему доступ к греческой науке в первоисточниках), закончить юридическое образование и усовершенствоваться в медицине.
В 1504 году он вернулся в Польшу и с тех пор не покидал её. По официальному своему положению Коперник считался врачом и секретарём дяди-епископа. Но основным его занятием стало изучение неба. Он тщательно наблюдал движение светил при помощи обычных для того времени приборов — квадрантов и секстантов, позволявших измерять углы. При этом он применял и часы: солнечные часы для точного определения полдня н песочные и безмаятниковые механические для деления суток на меньшие части.
В 1512 году, когда епископ Валенроде умер, Коперник переезжает из Лидзбарка (Гейдельсберга) в Фромброк и поселяется в одной из башен крепостной стены, окружавшей собор. Здесь же он оборудует себе обсерваторию. В этом помещении Коперник жил и работал свыше 30 лет.
Коперник не был общительным человеком и имел лишь нескольких учеников.
Один из биографов пишет: “Он жил слишком уединённо и безвестно для тех. которые, подобно нам, желали бы бросить взгляд на ход развития его открытий”.
Башня сохранилась до нашего времени, но ничто в её облике не раскрывает тайны совершённого в ней чуда, Ничто не намекает на секрет прозрения жившего в ней труженика, увидевшего в небе то, что так повлияло на судьбы отдельных людей и всего человечества.
Остались позади шумные, праздничные итальянские города; постепенно затихали в памяти голоса далёких друзей; забывались серенады под балконами пугливых соседок; остывали в воспоминаниях горячие споры о задачах науки, о долге учёных перед человечеством...
Коротая ночи на вершине башни и слушая дыхание спящего города и перекличку караульных, Коперник всё больше убеждался в том, что выбрал для себя нелёгкую профессию.
Упорству и терпению астрономов всегда удивлялись учёные других направлений. Пока физика и философия проходили полосы метаний, сомнений, противоречий, астрономы двигались через века со скоростью черепахи, накапливая сведения о ночном небе. Астроном не рассчитывает на сенсационное открытие и быструю славу. Разве что судьба пошлёт ему комету или зажжёт новую звезду.
Коперник отдавал себе полный отчёт о том, что и его жизнь может пройти незаметно в одиноком, неблагодарном, однообразном труде. Кто оценит этот труд? Разве что будущий астроном, такой же чудак, помянет его добрым словом, листая составленные им таблицы, каталоги и карты неба, используя в своей работе его расчёты и формулы.
Из ночи в ночь он будет бодрствовать тогда, когда другие люди спят. Будет внимательно и терпеливо вглядываться в ночное небо и видеть то, что видели до него поколения астрономов, — мириады огоньков, блуждающих в чёрной бездне непонятно зачем, непонятно как.
И если над первым вопросом — “зачем”, этим вечным “проклятым” вопросом, с переменным успехом бились физики и философы, то на второй вопрос — “как” — могли ответить только астрономы.
Коперник понимал, что одни размышления не могут помочь построить модель мира. Поэтому-то древние натурфилософы и не оставили после себя решения ни одной из “вечных” проблем. Лишь наблюдения над небом в течение столетий, тысячелетий дают основание для построения истинной картины мира. Наблюдать и придумывать. Придумывать и наблюдать. И сравнивать! Сравнение придумываемого и наблюдаемого — вот критерий
для разгадки тайн Вселенной.Предшественники (и какие предшественники — Аристотель! Птолемей!) оставили в распоряжение Коперника богатый фактический материал, веками устоявшиеся контуры мироздания. И он благоговел перед дерзостной мощью их интеллекта. И не помышлял занести меч над созданием их разума и интуиции. Он мечтал лишь почувствовать себя причастным к их великим делам, к кругу их интересов.
Он видел себя соучастником, но не бунтарём, не сокрушителем! И добросовестно штудировал их труды, прививая себе их взгляд на мир, учился видеть их глазами, слышать их ушами, применять их научные методы.
Коперник безоговорочно принял за основу мироздания неподвижную сферу звёзд, в центре которой находится неподвижная Земля. У него не вызывало сомнений и убеждение древних в том, что за этим тонким сферическим слоем больше нет ничего. Им замыкается мировое пространство.
Смущало Коперника только одно. По Птолемею, эта сфера обращается вокруг Земли за сутки. Какую же невероятно огромную скорость развивает эта сфера, поражался Коперник, если успевает обернуться вокруг Земли за двадцать четыре часа! Ведь диаметр сферы огромен. Что-то здесь не так...
Но как можно спорить с Птолемеем? И с очевидностью? Ведь каждому, находящемуся на Земле, видно воочию, что звёзды движутся по небосводу...
Однако... “видно” — ещё не доказательство. Ведь то же самое впечатление может возникнуть, если Земля вращается вокруг своей оси за сутки, а сфера звёзд неподвижна.
Так Коперник дал толчок Земле, и она вновь завертелась после многовековой неподвижности, на которую её обрекли Платон, Аристотель и Птолемей.
Коперник чувствовал известное неудобство: он противоречил Птолемею. Но, с другой стороны, черпал уверенность у древних, учивших, что “природа не делает ничего лишнего и напрасного”. И Коперник считал, что природе проще вращать Землю, чем всю сферу звёзд. Тем более Птолемей сам тяготился громоздкой системой мироздания, придуманной им для объяснения движения звёзд. Он жаловался: “Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение”.
Действительно, громоздкая система Птолемея была неправдоподобна и озадачивала не одного астронома. Об уязвимости птолемеевой системы писал в III веке нашей эры арабский астроном Аверроэс, который призывал к её пересмотру. Призывал учеников и потомков, так как сам был слишком стар к тому времени, когда почувствовал уверенность в своих сомнениях.
И Коперник решился — он составил свою систему движения небесных тел. Сфере дальних звёзд он приписал покой. Земле придал суточное вращение вокруг её оси и вокруг неподвижного Солнца. Вокруг него же заставил обращаться и другие планеты.
Коперник получил то, к чему стремился: наблюдаемое с Земли движение небесных светил чётко объяснялось придуманной им системой строения мира. Объяснялось просто и убедительно. В его системе не было громоздких построений, свойственных птолемеевой системе. Не было нагромождений, усложнявших птолемееву систему из-за её логической непоследовательности. И чем больше Коперник думал о своей новой, гелиоцентрической схеме мира, тем больше убеждался в её преимуществе перед геоцентрической.
Революция произошла, но ещё никто, кроме дерзкого каноника, не знал о том, что старый косный мир рухнул и на смену ему пришёл новый, предельно ясный и по-настоящему простой.
Наконец, он записывает в дневнике: “Хотя всё сказанное многим может показаться слишком сложным и даже непонятным и действительно идёт вразрез со взглядами огромного большинства, мы с божьей помощью постараемся при дальнейшем изложении сделать всё это яснее Солнца, по крайней мере для тех
, кто не совсем чужд математических познаний”.Он не решается широко оповестить о революции. Пусть в это поверят хотя бы немногие, лишь учёные, однако и среди них нужно выбирать с осторожностью. Начать можно с друзей, заслуживающих полного доверия.
Но как убедить в своей правоте? Одно дело — понять истину самому. Уверовать в неё. Совсем другое — убедить других. Заставить их принять новую точку зрения. В данном случае — заставить поверить в то, что Земля, надёжная, неподвижная, устойчивая Земля, которая в сознании людей была опорой всего сущего, на самом деле мчится в круговороте Вселенной. И Коперник засел за книгу. Гигантский труд, в котором Коперник обосновал гелиоцентрическую систему, был завершён в 1512 году. По-видимому, именно в этом году он начал рассылать знакомым рукописные копии краткого изложения основ своей системы. Два таких экземпляра были найдены в прошлом веке. Они озаглавлены “Николая Коперника о гипотезах, относящихся к небесным движениям, краткий комментарий”.
Конечно, познакомились с копиями лишь немногие. Возможно, Копернику надо было решиться на публичное выступление. Но одно дело — переписка с коллегами, научная дискуссия. Совсем другое — публичное выступление. Для этого нужно всё много раз проверить, продумать, ещё и ещё раз сравнить выводы с наблюдениями. Для этого требуются годы и годы. И хотя годы проходили, наблюдения множились и уточнялись и всё больше утверждали Коперника в истинности его открытия, он медлил. Он понимал, на что покусился и какую бурю вызовет его теория, когда станет общим достоянием.
Вот рукопись почти готова, но нужно иметь мужество выпустить её в свет. Весной 1539 года к Копернику приехал его ученик, 25-летний виттенбергский профессор Рэтик. Почти два года провёл он в Фромброке, изучая рукопись трактата Коперника и беседуя с ним.
Два учёных совершали двойное преступление (с точки зрения их времени); они не только готовили революцию в науке, но и бросали вызов церкви. Коперник — католик, Ратик — протестант. Приехав к Копернику, он вступил на католическую территорию, где протестанты преследовались. У Коперника было много друзей-протестантов, и он был давно на заметке. “Что можно ожидать от такого человека? — злобно говорили церковники о своём канонике. — Раз человек лелеет вопиющую ересь, то не прочь якшаться и с протестантами”. Причём католики не принимали во внимание тот факт, что протестанты были даже более воинственными противниками гелиоцентрической системы — об этом говорят злобные выступления Кальвина и Лютера, идеологов протестантов.
Коперник предлагал людям вместо божественной устойчивости невероятные скорости. Вот какие цифры привёл недавно в своей статье кембриджский астроном Хойл: “В США вы имеете дело со скоростью около семисот миль в час при вращении Земли вокруг своей оси. Вы несётесь вместе с Землёй по её орбите вокруг Солнца со скоростью почти семьдесят тысяч миль в час... Кроме того, вы двигаетесь с колоссальной скоростью почти в один миллион миль в час в сфере Галактики!” Но и это ещё не всё. Сама Галактика движется со скоростью в несколько миллионов миль в час. Хойл пишет, что если бы эти расчёты увидел Ньютон, он, конечно, понял бы их, но был бы потрясен. Что же сказать о современниках Коперника, которые ничего бы не поняли, кроме того, что вместо божественной устойчивости сумасшедший каноник хочет всучить им сумасшедший мир! “Кто отважится поставить авторитет Коперника выше авторитета святого духа?” — вопрошал Кальвин.
“Этот глупец пытается перестроить всю науку астрономию!” — возмущался Лютер.
При содействии Коперника Рэтик, невзирая на обстоятельства, всё-таки пишет и в 1541 году издаёт небольшую популярную книжку “О книгах... Николая Коперника Торуньского, каноника Вармийского, первое повествование”.
В следующем, 1542 году под влиянием Рэтнка Коперник наконец решается издать свой труд. Он посвящает его папе римскому. Рэтик организует печатание трактата в Нюрнберге. Книга вышла в свет в 1543 году. Когда первый печатный экземпляр пришёл к автору, Коперник был тяжело болен. Он уже не смог ни прочесть её, ни узнать, к чему привело её появление.
Эрик Роджерс очень трогательно описывает момент встречи Коперника с книгой: “Он видел её, прикоснулся к ней и в ту же ночь тихо скончался”.
Начиналась весна 1543 года.
В течение последующих двадцати лет в жизнь вступают люди, которые вовлекаются в трагическую орбиту интересов Коперника. Его самого уже нет, он не волен руководить ни работой, ни судьбой своих последователей, но становится невольным распорядителем их жизни и смерти.
1546 год... Родился шведский астроном Тихо Браге, который, восхищаясь Коперником, потратит жизнь на то, чтобы сделать переход к его системе психологически более лёгким для людей, воспитанных в духе Аристотеля и Птолемея, создав систему, приемлемую для церкви.
1550 год... В мир пришёл Джордано Бруно, самый трагический, самый обаятельный и безрассудный служитель церкви и истины. Это парадоксальное совмещение приведёт его к костру инквизиции,
Далее, 1564 год... Родился Галилео Галилей, человек, тихие слова которого: “А всё-таки она вертится...”, сказанные на коленях, под пыткой, прозвучат на все века гимном свободной мысли.
И, наконец, 1571 год отмечен появлением на свет Кеплера, мечтателя, идеалиста, мужественного человека, в незаметной жизни которого происходили удивительные события...
Гибель Джордано Бруно — классический, обнажённый пример смерти за идею. Его сожгли за убеждения. Сожгли в расцвете сил — ему исполнилось ровно пятьдесят лет. Иначе справиться с ним было невозможно. Другим способом церковь не могла утвердить свой авторитет, своё превосходство. В споре против истины она не имела иных аргументов. Поэтому ей не оставалось ничего другого, как уничтожить непокорного.
Если бы Бруно не был пылким неаполитанцем и выражал свои взгляды не столь громко и страстно; если бы он не был монахом, членом доминиканского ордена, и его не рассматривали как изменника вере — может быть, жизнь его не оборвалась бы так внезапно и трагически.
“Не признавайся братьям по вере, что ты смеешься над Аристотелем и всеми перипатетиками, порицаешь Птолемея и восхищаешься Коперником”, — внушала ему осторожность. Но он был шумен и откровенен. “Братья” травили его. Когда же он выступил против догматов о непорочном зачатии, ему пришлось бежать из монастыря. Он находит временное убежище в Женеве, но здесь его принуждают принять кальвинизм; он бежит в Париж, однако аристотелианцы выгоняют его оттуда, несмотря на покровительство Генриха III.
Гонения, видно, только разжигают в нём дух противоречия. И он не находит ничего лучшего, как в Оксфорде, где было принято взимать штраф за возражения Аристотелю, дать блестящий словесный бой приверженцам Аристотеля и Птолемея!
Опьянённый азартом битвы, он выкладывает им не только то, что думает об их кумирах, но растолковывает далеко не всем учёным мужам известное учение Коперника. И когда они, не в силах подыскать веские аргументы, отвечают ему бранью, он на десерт угощает их своими теориями.
Слушайте вы, неучи, говорит он, во Вселенной существует не только одна наша Солнечная система, но множество подобных ей миров! И на многих из них есть условия, пригодные для жизни разумных существ.
Когда же слушатели в ужасе воздевают руки к небу, призывая на голову еретика гнев господень, неистовый неаполитанец добивает их сообщением, что человек — лишь мелкое ничтожное звено в ряду творений, а наш душный тесный мир — пылинка в беспредельной Вселенной...
Джордано Бруно, не физик и не астроном, полуфилософ-полумечтатель, “слишком фантазёр, чтобы можно было считать его учёным”, как характеризовали его некоторые историки, расколол силою воображения сферу неподвижных звёзд и раздвинул мир в бесконечность.
После блистательной победы на диспуте в Оксфорде Бруно покидает, отнюдь не добровольно (несмотря на покровительство королевы Елизаветы), Англию и снова появляется в Париже, где лидирует на трёхдневном словесном состязании. Париж его вторично выпроваживает и переадресует в Гельмштедт, где он попадает в руки Бете, настоятеля Гельмщтедтского собора. Тот срочно готовит отлучение Бруно от церкви.
Но Бруно, шумный и общительный итальянец, снова находит защитника, теперь в лице герцога Брауншвейгского. Герцог вырывает Бруно из рук церкви. Но ненадолго. Дальше — несколько лет заточения в застенках венецианской инквизиции, где Бруно пытаются “перевоспитать”. Но он не оставляет своих “фантазий”. И церковь решает лечить его огнём от пагубных заблуждений.
Это было время, когда обрёл жуткую реальность клич папского легата Арнольда Амальриха, возглавлявшего крестовый поход инквизиции 1209 года. На вопрос: “Кого убивать?” — он ответил: “Убивайте всех, бог своих узнает!”
По обычной формуле инквизиции смертный приговор Бруно гласил: “... дабы ему быть наказанным снисходительнейше и без пролития крови”. Выслушав приговор, смысл которого ни у кого не мог вызвать сомнений, Бруно сказал насмешливо: “Вы более испытываете страха, произнося мой приговор, чем я, его принимая”.
Бруно стал жертвой “
auto da fe”, что в переводе значит “акт веры”. Его сожгли на костре на площади Цветов 17 февраля 1600 года. В момент казни Бруно отвернулся от распятия, которое ему притянули сквозь пламя.Потрясает тот факт, что Бруно бунтовал, зная, какой конец себе готовит: “Я не могу бежать. Охрип от жалоб, телом изнемог. Судьбе покорно следую без капли сожаленья. И не пытаюсь снять с себя терновый свой венец. Пусть смерть спасёт меня от жизненных тревог, пусть свой приход предсмертные мучения ускорят, принеся мне страшный, роковой конец”.
Этот пророческий сонет он написал задолго до смерти, занимаясь в литературной школе...
...После смерти Бруно осталось его сочинение, написанное в 1584 году в защиту системы Коперника. Это было не очень солидно аргументированное сочинение, изобилующее неточностями, недосказанностями, фантазиями — скорее неистовый монолог человека, интуитивно чувствующего истину, чем учёного, защищающего её беспристрастными научными доводами.
Но пройдя свой последний путь по жуткому подземелью, которое вело смертников из зала судилищ роскошного Дворца дожей в Венеции, и задержавшись на миг на роковом Мосту Вздохов, где узники прощались с солнцем, Джордано Бруно вышел навстречу смерти Великим Человеком.
... Пока сочинение Бруно ходило по рукам и будоражило умы, уже и так накалённые бурными событиями, в 1588 году появилось и тоже пошло по рукам другое сочинение — с возражением против учения Коперника.
Это были такие веские возражения, что с ними не мог не согласиться каждый аристотелианец и верный слуга церкви.
Первое: каким образом, если Земля действительно движется, камень, брошенный с высокой башни, может упасть у её подножия?
Второе: Земля — большое, тяжёлое, совсем не приспособленное для движения тело; как же возможно кружить его по воздуху наподобие звезды?
Третье возражение: Библия, книга Иисуса Навина, опровергает учение о движении Земли и утверждает движение Солнца: "Солнце, остановись в Гидеоне!"
Выступи с этими возражениями неизвестный автор, на них мало кто обратил бы внимание. Но они исходили от известного астронома Тихо Браге, который пользовался большим уважением и заслужил признание как несравненный наблюдатель неба.
Жизнь Кеплера не богата событиями. Сын обедневшего немецкого дворянина и необразованной женщины, так и не научившейся ни читать, ни писать, он рос забитым, робким существом. Пожалуй, самым ранним проявлением его дарования стало увлечение математикой.
В то время когда сверстники самоутверждались на ниве азартных игр и спортивных состязаний, маленький чудак решал задачки. В переплетении математических символов находил он выход для творческого горения. Его поражала скрытая мощь, притаившаяся в лёгких, изящных силуэтах цифр.
Так начал свой путь мальчик по фамилии Кеплер. Он почувствовал, что гармония, музыка есть повсюду, где есть порядок, пропорциональность. А когда он подрос, то понял и другие: существует музыка в жизни неба. Ведь упорядоченные движения планет, звёзд, Вселенной хоть и не воспринимаются слухом, но проникнуты гармонией, закономерностью. И расшифровка этой закономерности стала для взрослого человека столь же пылкой игрой, как для маленького — разгадка невинных головоломок, которыми он увлекался в детстве.
Впрочем, можно ли считать игрой мучительные раздумья уже взрослого Кеплера над разгадкой тайны соотношения радиусов орбит в системе Коперника — 8:15:20:30:115:195, которые вычислил Кеплер?
Тяга к чудесному, мистическому отличала Кеплера не только в детстве и юности, но и в зрелости. Недаром его занимала “Магия” Порты. Он благоговел перед мистикой Пифагора, и, несмотря на обострённое чувство реальности, пронизывающее все его научные труды, в нём жила вера в чудесное. Как, например, вера а “душу” планет, заставляющую их тяготеть к Солнцу...
И снова перенесёмся на несколько столетий вперёд к Эйнштейну, к его пониманию чудесного: "Целью всей деятельности интеллекта является превращение некоторого “чуда” в нечто постигаемое".
Когда родители и учителя убедились в незаурядных математических способностях маленького Кеплера, они отказались от мысли готовить его к духовному званию, как было задумано прежде. И учитель Местлин нашёл возможным начать заниматься с ним математикой частным образом, но бесплатно — брать деньги с бедной семьи он не мог.
Кстати, безденежье — постоянный мотив, сопутствующий Кеплеру. Он даже шутил, что вынужден тратить больше времени на ходатайства о выплате жалованья, чем на астрономические работы. Он был угнетён нищетой и заботами, жизнь его богата несчастиями и бедствиями. Отец пропал без вести на войне. Мать чуть не стала жертвой инквизиции — её обвинили в колдовстве, и Кеплер с трудом спас её от пытки. Старость замечательного учёного была омрачена начавшейся тридцатилетней войной, она стала его “соперницей”: переключила интересы коронованных особ и лишила Кеплера их материальной помощи.
Несмотря на все трудности, научные труды Кеплера выполнены на едином дыхании, в них нет спадов. Он, несомненно, был цельным и мужественным человеком, бескорыстным и стойким.
Пример Кеплера ободрял и поддерживал многих учёных следующих поколений. Им восхищался Эйнштейн, сам образец скромности и бескомпромиссности. Он писал о Кеплере с душевной теплотой: “В наше беспокойное и полное забот время, когда мало радуют людские дела, особенно приятно вспомнить о таком спокойном человеке, каким был великий Кеплер. Он жил в эпоху, когда не было ещё уверенности в существовании некоторой общей закономерности для всех явлений природы. Какой глубокой была у него вера в такую закономерность, если, работая в одиночестве, никем не поддерживаемый и мало понятый, он на протяжении многих десятков лет черпал в ней силы для трудного и кропотливого эмпирического исследования движения планет и математических законов этого движения! Он не опускал рук и не падал духом ни из-за бедности, ни из-за непонимания тех его современников, которые могли влиять на его жизнь и работу”.
А времена были тяжёлые. Отстаивать учение Коперника, а тем более развивать его было чрезвычайно опасно. Кеплер не сворачивает с пути. Он старается не только заручиться поддержкой учёных, но и найти покровительство у власть имущих. Он проявляет гибкость и даже известного рода светскую ловкость. Вот какое шуточное посвящение он адресует императору Рудольфу, преподнося ему своё сочинение “Новая астрономия”:
“В этой войне высшая честь принадлежит рвению полковника Тихо, который в течение двадцатилетних ночных бдений изучил все привычки неприятеля, выследил его тактику и раскрыл его планы. Просвещённый мемуарами, оставленными Тихо, он (Кеплер. — И. Р.) в качестве его преемника на поле битвы уже не страшился неприятеля, а только стал внимательно наблюдать время его возвращения к одному и тому же месту, направил на него тиховские машины, снабжённые тонкими диоптрами, и, наконец, при круговых объездах на колеснице Матери Земли исследовал всю местность. Борьба стоила ему, однако, немало пота. Часто недоставало машин именно там, где они были всего нужнее, или же с ними не умели обращаться, или их направляли не так, как следовало. Нередко также блеск Солнца или туманы мешали нападающим ясно видеть или же густой воздух отклонял заряды от их настоящего пути. Борьбу затрудняла, сверх того, чрезвычайная изворотливость неприятеля и его бдительность, между тем как его преследователей нередко одолевал сон.
В собственном лагере тоже произошло немало несчастий: смерть полковника Тихо, возмущение и болезни, к тому же — как это обнародовано в сочинении о новой звезде — в тылу появился неожиданный страшный неприятель в виде громадного дракона с необычайно длинным хвостом, поразившего ужасом все войска. Сам же он не дал смутить себя страхам и неустанно преследовал врага на всех его поворотах, пока тот, видя, что ему закрыты все выходы, не склонился к миру и не признал себя побеждённым; тогда под конвоем арифметики, геометрии, с весьма весёлым настроением духа он вступил в неприятельский лагерь.
Сначала, не привыкший к покою, Марс ещё пытался устрашать, но, потерпев неудачу, он отложил всякую тень неприязни и стал вести себя как верный союзник. Об одном только Марс просил его величество: у него на небе ещё насчитывается много родных: отец Юпитер, дедушка Сатурн, сестра и приятельница Венера и брат Меркурий — все они объединены между собой общностью нравов, и Марс горячо желает, чтобы вся его семья находилась в дружественном общении с людьми и пользовалась одинаковым с ним почётом”.
Этот уникальный документ интересен не только тем, что в необычной форме передаёт суть работы астронома.
Это свидетельство отчаяния Кеплера. Крик о помощи, хоть и имеет форму весёлого шаржа.
Он искал понимания, поддержки у коллег, надеялся на императора, но тот, откликаясь на шутку, поддерживает “войну” лишь деньгами — этим главным, по его мнению, нервом любой войны. На большее он был не способен.
Наконец, Кеплер ищет сочувствия у своего бывшего учителя математики, теперь тюрингенского профессора Местлина. И Местлин, который раньше учил студентов по Птолемею, становится (о чудо!) соратником Кеплера и ярым защитником Коперника. Он произносит страстную речь в защиту Коперника в Италии, и в числе слушателей находится один из самых замечательных людей всех времён, один из самых светлых умов человечества — Галилей, который и принимает на себя всю тяжесть дальнейшей борьбы за истину, добытую Коперником.
Ньютон и не беспокоится. Он просто отбрасывает декартов туман. Ему не нужна наука, описывающая нереальный мир и не дающая ответов на вопросы о реальном мире. Он не хочет верить в фантастические романы кумира эпохи. Переболев непоследовательностью Декарта, он решает прежде всего выработать твёрдую позицию. Он хочет строить физику подобно тому, как излагал геометрию Евклид.
Из Опыта с большой буквы, то есть из наблюдений и практической деятельности людей, следует формулировать “положения” или “принципы”, играющие роль аксиом геометрии. Это трудная задача, но Ньютон считал её важнейшей задачей науки. Далее эти принципы следует изложить на языке математики и из них, как из аксиом, выводить следствия — теоремы.
На основе теорем ставятся новые задачи, и найденные решения обязательно должны быть проверены опытом.
Таким образом, теория вытекает из опыта и предсказывает неизвестные ранее явления, подлежащие проверке опытом. Так, по мысли Ньютона, можно построить здание физической науки, подобно тому как в древности Евклид, исходя из опыта, построил совершенное здание геометрии.
Ньютона привела к такому намерению инстинктивная потребность выбраться из хаоса неопределённости и домыслов, и он безошибочно выбрал самый безукоризненный метод познания.
Вооружённый этим методом, Ньютон мог выступить против попыток словесного объяснения сути явлений, объяснения, не покоящегося на эксперименте и не допускающего экспериментальной проверки. Он был солидарен с девизом Английской Академии наук: “Слова — ничто”.
Надо сказать, что, провозгласив своё кредо и стараясь следовать ему, он, как мы сможем убедиться, всё же следовал ему не всегда. Он настойчиво пытался реализовать свою программу. Но каким непосильным бременем, каким удивительным источником прозрений и заблуждений стала она для него и для науки его времени! Прежде всего ему пришлось развенчать своих кумиров — Декарта и Кеплера. Первыми же научными результатами Ньютон оспорил их мнения, которые ранее считал непогрешимыми.
Решительный бой Ньютон дал учителям по вопросу цвета. Оба они внесли свою лепту в решение проблемы цвета. Кеплер до конца жизни пронёс убеждение в том, что свет, по существу, бесцветен. А то, что цвет одного предмета отличается от другого, — результат свойства самих предметов. Цвет дан телам от природы. Свет — одна ипостась. Цвет — другая. Что такое цвет, Кеплер объяснить не пытался. Это, считал он, дело философов. Физик же должен изучать свет как таковой, а о цвете он может даже не думать.
Ньютон знал точку зрения Кеплера. До своего опыта с призмой он, вероятно, и сам разделял её.
Разумеется, он не мог не интересоваться и мнением философов. А философы того времени со свойственной им расплывчатой терминологией говорили на этот счёт самые странные и неубедительные фразы. Например, что цвет — это нечто, сконцентрированное на поверхности непрозрачных тел. Что “он существует в предвидении, видим в потенции и становится видимым в действии внешнего света”.
“Из всего этого едва можно понять, каким способом свет преломляется, почему цвета различны, в чём причина их появления...” — резонно замечает Ньютон.
“Учившие доселе о цветах, — констатирует он, — делали это на словах, как перипатетики, либо стремились исследовать природу их и причины, как эпикурейцы и другие, более новые авторы. Однако же, чтобы не излагать этой дурной философии, покажем, что такие рассуждения, как, например, у форм существуют другие формы и у качества — другие качества, глупы и смешны”.
И Ньютон ставит себе целью изучить оптические явления при помощи опытов и математики.
“Я не буду смешивать домыслов с достоверностью”, — пишет он и многократно повторяет эту мысль.
Пропустив белый луч через призму и расщепив его на семь составляющих, он пропускает одноцветную часть радужной полоски через вторую призму. И видит, что цвет при этом не меняется, лишь изменяется направление луча. Вывод: не призма, не вещество создаёт цвета, раз они не способны изменить “простой цвет”.
Он собирает воедино радужную полоску при помощи второй призмы и видит снова белый цвет. Значит, белый цвет состоит из смеси цветных лучей. Он может быть на них разложен призмой и снова получен из них.
Итак, свет и цвет — это две ипостаси, но иные, чем думал Кеплер. Цвет не порождается окрашенными телами. Как же установить его сущность?
Ньютон понимал, что ощущение различия цветов как-то связано со свойствами человеческого глаза. И он особенно внимательно вчитывался в места декартовых “Метеоров”, где тот писал:
“Природа цвета заключается в том, что частицы тонкой материи, передающей действие света, стремятся с большей силой вращаться, чем двигаться по прямой линии: таким образом те, которые вращаются с гораздо большей силой, дают красный свет, а те, которые вращаются лишь немного слабее, дают жёлтый...”
Влияние Декарта на Ньютона ещё настолько сильно, что он тоже заговорил о разной величине цветных частиц! Он, вослед древним атомистам и Декарту, не опираясь ни на какой непосредственный опыт, предположил, что свет есть поток частиц, испускаемых светящимися телами. Красные частицы, по его мнению, самые большие, а фиолетовые —самые маленькие. И Ньютон счёл, что, попадая на сетчатку глаза, в силу своей разной величины, частицы света производят разное, но вполне определённое для каждого цвета ощущение. Это значит, что он не в силах удержаться на гордой позиции отрицания гипотез и, уподобясь Декарту, создал гипотезу.
Итак, оба говорят о частицах света, недвусмысленно связывая их со свойствами самого света и с ощущениями глаза, дифференцирующего цвета. Оба — и Ньютон, отрицающий гипотезы, и Декарт, превозносящий их, — оба стоят при этом на зыбкой почве гипотез.
Но... Слова у обоих одинаковы, а смысл их совершенно различен.
Декартовы частицы света — это, как пишет он, “частицы тонкой материи”. Декарт не сомневался, что свет есть не что иное, как передача давления от источника через особую среду, заполняющую всё мировое пространство. Мы уже знаем, что очень давно древние учёные придумали слово, подходящее для названия такой среды, — эфир. Декарт верил в него и считал, что свет и есть толчки эфира, и эти толчки передаются от одной частицы эфира к другой с бесконечной скоростью на любые расстояния.
Ньютон же, говоря о том, что светящееся тело испускает мельчайшие частицы, которые, попадая на сетчатку глаза, производят ощущение цвета, подразумевает под частицами света совсем иное.
Нет, свет — это не частицы эфира. Недвусмысленно и чётко он формулирует: частица света — это “наименьший свет или часть света, которая может быть оставлена одна, без остального света, или же распространяется одна, или совершает или испытывает одна что-либо такое, чего не совершает и не испытывает остальной свет”. Ньютон бросает в научный мир XVII века
потрясающую идею: “Под лучами света я разумею его мельчайшие частицы”.Эта чёткая, корпускулярная трактовка сущности света как самостоятельной субстанции.
Корпускулы Ньютона — реальны. Они по существу атомы света или даже то, что сегодня мы подразумеваем под элементарной частицей материи.
Интуиция Ньютона позволила ему, добавляя одну гипотезу к другой, согласовать корпускулярную теорию света со всеми экспериментальными фактами, известными до него и полученными им самим в результате многих тщательно продуманных опытов и точных измерений.
В итоге корпускулярная теория, включающая теорию цвета, изгнала из пределов оптики фантастические построения Декарта, оставив лишь в уточнённом виде его теорию радуги. Эта же участь постигла теорию цвета Кеплера...
Корпускулярная теория света была миной замедленного действия, которая ожидала удобного момента, чтобы взорваться революцией в мировоззрении людей следующих поколений. К чему привёл этот взрыв, мы, люди XX века, знаем. Ньютон же не подозревал о необычной судьбе своей идеи, о всех тех катаклизмах на пути учения о свете, которые произошли за следующие три века.
Ньютон был занят насущной для него заботой — защитой корпускулярной теории от её противников: Гука, Гримальди и Гюйгенса, лидеров волновой теории света.
Корабли издревле несли людей в неведомое. К новым землям, к новым знаниям. Аргонавты стремились за золотым руном. В поисках приключений викинги высаживались на загадочных берегах Исландии, Гренландии и даже Нового Света. Колумб, влекомый азартом открытий и желанием найти новые торговые пути, хотел морем пройти в Индию, а наткнулся на незнакомый материк. Корабли Магеллана в жажде географических находок плыли на запад в течение двух лет и обогнули земной шар...
Современному реактивному лайнеру для кругосветного путешествия достаточно одних суток. Космический корабль “Восток” промчал Гагарина вокруг земного шара всего за полтора часа... А сегодня школьники уже делают проекты фотонных и плазменных космических кораблей, которые уйдут в космическое плавание со скоростью, близкой к скорости света...
Корабли — морские, воздушные, космические, — сколько их на счету у человечества! Где-то в славной череде кораблей-первопроходцев затерялся скромный и почти забытый корабль. Он не открывал новых земель, не находил сокровищ, не совершал пиратских набегов, даже не существовал в действительности, но он проложил путь науке. Без него не состоялся бы полёт Гагарина, Армстронг не ступил бы на Луну, на поверхности Венеры не оказались бы советские космические лаборатории, которые за завесой непроницаемой облачности фотографировали таинственный венерианский пейзаж. Этому кораблю суждено плыть вечно — не старятся его паруса и корпус, ибо весь он соткан из идей, а движет его воображение. Создав этот корабль, Галилей пригласил на него единомышленников и оппонентов, и с тех пор вахту за вахтой несут на нём поколения учащихся и учёных. И так будет вечно.
На этом корабле человечество совершило рывок в понимании законов движения. В умении прокладывать путь к другим мирам. Именно с этого никогда не плававшего по морям и океанам корабля, словно со стартовой площадки, поднялись в космос спутники и приборы, направляемые к планетам. На этом воображаемом корабле были вычерчены первые путевые карты космических путешествий и осознана гениальная находка Галилея — принцип относительности, который утверждает: законы природы не меняются, если от начальной (принятой за таковую) системы координат — будь то корабль, планета, звезда — перейти к другой, обладающей относительно первой равномерным поступательным движением, движением по инерции.
Этот принцип поясняет, почему те представления о мире, которые человек составил себе, экспериментируя на Земле, универсальны. Законы, которые он вывел, наблюдая мир со своей планеты, отражают общие законы, правящие Вселенной. На них можно положиться потому, что движение Земли в течение коротких интервалов времени очень мало отличается от простого движения по инерции.
Галилей не только провозглашает этот принцип, но даёт простые формулы — “преобразования Галилея”, — позволяющие учёным увязывать события, происходящие в разных системах, объединённых законом инерции. Но прежде чем понять этот принцип, заложенный в природе, прежде чем построить свой корабль, Галилей долго и упорно изучал всевозможные виды движения: свободное падение, движение по наклонной плоскости, качание люстр и маятников... Галилея справедливо называют творцом экспериментальной науки. Он первым сделал эксперимент основным орудием познания и научил этому других. Конечно, и до него некоторые учёные дополняли наблюдения природы специально поставленными опытами. Исследовали явления природы не в обычных естественных условиях, а в искусственной “тепличной” обстановке, в которой изучаемое явление развивается по возможности без помех, а сопутствующие процессы не затрудняют или не очень осложняют задачу наблюдателя. Предтечей экспериментальной физики был Стевин, но он не воспитал учеников и из-за стечения обстоятельств и влияния языкового барьера не имел непосредственных последователей. (Он писал свои труды по-фламандски — на языке малого народа, неизвестного большинству людей.) Другие учёные тоже ставили отдельные опыты, но это были лишь грубые пробы, результаты которых казались очевидными.
Галилей был виртуозным экспериментатором и широко применял своё искусство. Он активно воевал со схоластикой и засилием перипатетиков — последователей Аристотеля, похоронивших материалистические корни античной науки и ограничивших свою деятельность словопрениями, бесконечным пережевыванием догматов. Галилей считал важнейшей задачей учёного осмысливание и математическую обработку наблюдений, ибо природа, говорил он, “написана на языке математики, её буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без помощи которых человеку невозможно понять её речь: без них — напрасное блуждание в тёмном лабиринте”. Переводя результаты опыта на язык математики, Галилей приступает к их математической обработке. И он уверен, что результаты, полученные таким путём, будут подтверждены последующими опытами, “потому что наши рассуждения должны быть о чувственном мире, а не о бумажном мире”.
Таков метод Галилея: опыт, рабочая гипотеза или математическая модель, математическая разработка, а затем опытная проверка результата. Этим методом учёные пользуются поныне и не предполагают заменять его другим.
Толчком мыслям, которые привели Галилея к этому методу, было будничное наблюдение времён его юности. В 1583 году, будучи 19-летним студентом, Галилей обратил внимание на постоянство периода качаний лампад в церкви и на то, что лампады на более длинных подвесах качаются медленнее, чем снабжённые короткими подвесами. Он пришёл к заключению о том, что маятники одинаковой длины качаются одинаково и что всё это несовместимо с учением Аристотеля о падении тел.
Галилей знакомит своих студентов с мысленными опытами: “Я представил себе мысленно два тела, равных по объёму и весу, как, например, два кирпича, которые начинают падать с одинаковой высоты в один и тот же момент... Но если представить себе эти кирпичи в процессе падения соединившимися и столкнувшимися вместе, то который же из них... удвоит скорость другого?..” Ответить на этот вопрос не мог ни один из последователей Аристотеля, утверждавшего, что тяжёлые тела падают быстрее лёгких. А ведь два кирпича, согласитесь, тяжелее одного...
Но перипатетика не убеждает ни мысленный опыт, ни реальный. А кроме того, сбрасывая пушечные ядра различной величины с Пизанской башни, экспериментатор не мог с бесспорной надёжностью установить различие или совпадение времени их полёта. Да и Аристотель не давал способа оценить и предсказать величину ожидаемой разницы. Поэтому малейшую, даже воображаемую разницу моментов приземления перипатетики толковали в свою пользу.
Молодой Галилей понимал, что не в силах человеческих замедлить движение свободно падающих тел, чтобы тем самым облегчить наблюдение и уменьшить погрешности опыта. И он нашёл гениальный выход. Он придумал, как смоделировать уменьшенную силу тяжести. Не зная о работах Стевина, он интуитивно, ещё не владея законом разложения сил, решил заменить свободное падение тел их скольжением по наклонной плоскости. Ему пришлось столкнуться с мешающей силой трения, но это его не беспокоило. Галилей изготовил гладкую наклонную плоскость и смазал её маслом, чтобы уменьшить трение. Оставшимся трением он решил пренебречь. Все тела — большие и малые, лёгкие и тяжёлые — теперь спускались с неё за одинаковое время. Это время зависело от угла наклона. Чем выше подпорка, на которой лежит начало наклонной плоскости, тем быстрее спуск. Галилей установил также, что скорость, приобретаемая телом в конце спуска, не зависит от длины наклонной плоскости, а только от высоты подпорки. И эта скорость одинакова для всех тел, независимо от их веса.
Одинакова скорость, одинаково и время, затрачиваемое любыми телами на спуск по данной наклонной плоскости. Но чем более пологой он делает наклонную плоскость, уменьшая высоту подпорки, тем дольше продолжается спуск, тем удобнее и точнее измерять время движения. Так Галилей сделал то, что казалось невозможным. Он научился управлять величиной силы, с которой тяготение движет тела. Он создал условия, при которых можно очень точно измерять время, затраченное телом на преодоление определённого пути. Измерения показали, что перипатетики не правы. Это время не зависит от веса тела.
Но Галилей не останавливается на этом. Делая наклонную плоскость все более крутой, Галилей приближал условия движения тел по ней к свободному падению. В пределе, когда плоскость вертикальна, она не влияет на падение тела, летящего вдоль неё. Так Галилей не только смоделировал действие различных по величине и постоянных во времени сил, но и впервые осуществил на опыте переход к пределу. Он смог по желанию изменять величину действующей силы от её наибольшего значения до нуля, когда плоскость становится горизонтальной.
Теперь стала яснее причина того, почему период колебания маятника зависит только от длины подвеса, а не от величины груза. Ведь груз маятника как бы падает по дуге окружности, а её можно представить совокупностью множества плавно переходящих одна в другую прямых, лежащих на плоскостях, наклон которых постепенно изменяется. И так как скорость, а значит, и время падения не зависят от веса тела, то и период колебания маятника не связан с весом его груза, а только с длиной нити, к которой подвешен груз. Но маятник, практически свободный от трения, позволяет ещё проще наблюдать законы движения. Галилей предлагает вбить гвоздь точно под точкой подвеса маятника между нею и грузом и, сохраняя нить натянутой, отклонить груз в сторону гвоздя, поднимая его до уровня гвоздя. Отпущенный груз будет опускаться до направления отвеса по малой окружности, центр которой совпадает с гвоздем, а затем поднимется на исходную высоту по дуге большой окружности, определяемой полной длиной нити.
Величие этого простого опыта именно в его простоте. Галилей описал его очень подробно. В наших современных терминах этот опыт доказывает закон сохранения энергии в механических явлениях. Потенциальная энергия груза определяется только высотой его подъёма и не зависит от формы пути. Потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию движения и обратно. Этот опыт, если измерять достаточно точно, приводит ещё к одному следствию: период колебания маятника не однозначно определяется длиной подвеса. Период зависит от размаха колебания. Такой зависимостью можно пренебречь только в том случае, если размахи достаточно малы, что очень важно для тех, кто вслед за Галилеем применял колебания маятника для измерения времени.
Отталкиваясь от подобных опытов, Галилей создал новую главу механики — динамику, науку о движении тел под действием сил, полностью отвергнув фантастические домыслы Аристотеля. Но перипатетики не сдавались. Теперь их атаке подвергалась вся совокупность достижений новой науки, а острие атаки было направлено в наиболее опасный пункт, на пропагандируемое Галилеем учение Коперника о движении Земли.
Возражения были основаны на том, что все механические явления свидетельствуют о неподвижности Земли. Если бы Земля вращалась, птицы, по убеждению аристотелианцев, отставали бы от её движения. Тяжёлые тела должны падать наклонно, а пушки стрелять на запад дальше, чем на восток. Эти доводы казались неоспоримыми. Здесь в единый союз объединилось множество не достаточно глубоко продуманных мысленных экспериментов и не очень точно поставленных реальных опытов.
На эти возражения Галилей отвечал своим гениальным мысленным экспериментом. Он приглашал оппонентов присоединиться к нему в плавании на воображаемом корабле. Корабле, который, как мы теперь знаем, идёт по генеральному пути науки более трёхсот лет. И будет идти вечно, лишь несколько уточнив свой курс. Вот что писал Галилей:
“Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми; пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в нём маленькими рыбками; подвесьте, далее, наверху ведёрко, из которого вода будет капать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие насекомые с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд... Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту или другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется корабль или стоит неподвижно... И причина согласованности всех этих явлений в том, что движение корабля обще всем находящимся в нём предметам, так же как и воздуху; поэтому-то я и сказал, что вы должны находиться под палубой...”
Приглашая читателя представить себе эти простые и наглядные опыты, Галилей не только отметал возражения против движения Земли, но провозглашал новый принцип, новую основу механики — принцип относительности. Нет такого механического явления или процесса, нельзя придумать ни одного механического опыта, который способен отличить состояние равномерного прямолинейного движения от состояния покоя. С точки зрения механики покой ничем не отличается от равномерного движения, происходящего по прямой. Законы природы тут едины. В каюте можно убедиться, что при задраенных иллюминаторах нет никакой возможности определить, неподвижен корабль или он равномерно движется по поверхности спокойного моря. Своим простым и гениальным мысленным экспериментом Галилей утверждал: движение по инерции само по себе определить невозможно. Для этого всегда необходимо второе тело. О движении корабля Галилея можно судить лишь по отношению к другому кораблю, берегу или звёздам.
А если нет ни звёзд, ни берега, ни другого корабля? Можно ли найти в окружающем мире какие-то надёжные ориентиры, абсолюты, какие-то особенности реальной структуры пространства и затем, пользуясь ими как верстовыми столбами, обнаружить своё движение в этом пространстве, не прибегая к наблюдениям положения звёзд? Если же и таких особенностей нет, то можно ли создать прибор, способный обнаружить наше движение в пространстве, подобно тому, как лаг, брошенный в море, позволяет определить скорость движения корабля?
О том, как учёные искали возможность ориентироваться с “завязанными” глазами, как много раз возникали сомнения в справедливости принципа относительности Галилея, как потом он был расширен теорией относительности Эйнштейна, как учёные нашли было опору в абсолютном пространстве Ньютона, в эфире, затем отвергли его и совершенно неожиданно, уже в наши дни, обрели эту опору в “новом эфире”, который никогда ничем не выдавал себя, но существование которого предчувствовал Эйнштейн, будет рассказано дальше. Будет рассказано и о том, как реальный опыт в кабине самолёта, проведённый в 1976 году, готовился вступить в спор с мысленным экспериментом Галилея.
Принцип относительности вошёл в науку триста лет назад и затем утвердился в качестве одной из основ механики. Многие реальные опыты подтвердили его справедливость. Подтвердили его справедливость и последующие эксперименты, в которых учёные пытались в качестве поводыря использовать электрические и магнитные явления или старались, как за путеводную нить, ухватиться за лучи света, но... Ни одно открытие в области механики, электродинамики, термодинамики не указало людям явления, которое помогло бы пассажирам корабля Галилея определить своё движение во Вселенной, не видя другого корабля, берега или звёзд, не бросая за борт лага, при помощи которого моряки измеряют скорость корабля по отношению к воде.
Корабль Галилея — по сути планета Земля. Вот почему век за веком, год за годом учёные бились и бьются над проблемой ориентации во времени и пространстве. И год за годом, век за веком всё более убеждаются в том, что слишком мало знают о таком, казалось бы, тривиальном явлении, как движение.
Принцип относительности Галилея глубочайшим образом связан с движением по инерции. Тело, свободное от действия сил, движется прямолинейно с постоянной скоростью или пребывает в покое, утверждает Галилей вопреки Аристотелю. Движение тел по инерции обязано пространству. Это оно, как выяснил много позже Эйнштейн, придаёт телам свойство инерции — свойство оставаться неподвижными или продолжать равномерное прямолинейное движение при отсутствии каких бы то ни было сил.
Почему это происходит? Это особый вопрос, на выяснение его потрачены века. Понять истинный характер движения, происходящего как бы само по себе, без очевидной первопричины, было нелёгкой задачей. Ни великий Аристотель, много размышлявший над проблемой движения, ни его наследники в науке не поняли истины. Почему? Потому что наблюдать движение по инерции в “чистом виде” в обыденной жизни практически невозможно. (Сила тяжести и трение делают движения реальных тел неравномерными. Трение, например, постепенно замедляет движение тела. Сила тяжести придаёт ускорение всем незакрепленным телам.)
Но если нельзя наблюдать явление, остаётся один выход — представить, вообразить... Этим и занялись следующие пассажиры корабля Галилея.
Вся наука покоится на нескольких фундаментальных законах. Важнейшими из них являются законы сохранения. Учёные сформулировали эти законы, сопоставляя многочисленные и разнообразные наблюдения и опыты. Вопрос о том, почему эти закономерности свойственны природе, возникал многократно — человеку свойственно стремление дойти до самых глубинных основ, до понимания причины всех причин. Свойства симметрии открыли такую возможность. Оказалось, например, что главные законы, законы сохранения энергии и импульса, сохранения момента (то есть сохранения импульса вращательного движения) и некоторые другие тесно связаны со свойствами пространства, его симметрией. Если тело движется в пространстве по инерции, не испытывая действия внешних сил, его энергия не изменяется. Эта простейшая форма закона сохранения энергии вытекает из свойства однородности пространства, из его так называемой трансляционной симметрии. Не меняются свойства тела и при повороте в пространстве, ибо пространство изотропно, то есть его свойства не зависят от направлений. Значит, поворот тела в пустом пространстве, вдали от других масс, не меняет его энергии.
Симметрия пространства и времени лежит в основе теории относительности. Симметрии такого рода называются глобальными симметриями. Они одинаково охватывают всё пространство, весь мир.
Но существуют и симметрии иного рода, локальные симметрии, характеризующие ограниченные области пространства. Наглядным примером является упругий резиновый шар. Поворачивая его вокруг любой оси, проходящей через центр, мы не вызываем никаких изменений. В данном случае поворот — есть преобразование, допускаемое глобальной симметрией шара. Возможны, однако, другие операции, не нарушающие сферической формы шара, но вносящие изменения, скажем, в его поверхность. Можно сместить любую точку поверхности шара, не изменяя её расстояния от центра. При этом сферическая форма шара не нарушится, но сетка меридианов и параллелей, нанесённая на его поверхность, исказится. Это легко себе представить и, при известной осторожности и тренировке, даже выполнить, проделав опыт с надувным резиновым шариком, предварительно нарисовав на нём сетку меридианов и параллелей. Смажем кончик пальца клеем, коснемся шарика и, подождав, пока клей подсохнет, сдвинем палец вдоль поверхности шара. Не нужно давить на неё или поднимать её — пусть она остаётся сферической. Однако сетка меридианов и параллелей окажется искажённой. Палец почувствует, как резина сопротивляется этому локальному нарушению симметрии. Такое местное смещение вызывает появление упругих сил, стремящихся вернуть смещённую точку в исходное состояние. Здесь мы встретились с примером неведомого ранее рождения сил. В данном случае локальная симметрия образуется без нарушения глобальной симметрии: сферическая поверхность остаётся сферической. Но в месте локального нарушения симметрии появляется сила, отсутствовавшая до возникновения этого нарушения и захватывающая часть пространства.
Мы не подчёркивали раньше, сколь большую роль играли такие локальные свойства симметрии в посленьютоновском развитии физики. Для простоты мы пользовались более привычным языком. Но для дальнейшего необходимо перейти на язык симметрии и описать на нём несколько известных явлений. Локальные изменения симметрии пространства, вызванные присутствием больших масс, приводят к появлению гравитационных сил. Вот как это происходит. Пространство вдали от больших масс однородно и изотропно. Но вблизи больших масс оно теряет свою однородность и изотропность. Вместо них возникает локальная сферическая симметрия. По мере удаления от искажающей массы локальная сферическая симметрия становится всё менее заметной, она ослабевает, плавно переходя в глобальную симметрию, в однородное и изотропное пространство. Именно появление локальной сферической симметрии вызывает возникновение гравитационных сил.
Иными словами, локальная сферическая симметрия пространства, вызванная присутствием некоторого материального тела, эквивалентна гравитационному полю, полю тяготения этого тела. Величина локального искажения симметрии, а значит, и сила поля тяготения пропорциональна массе этого тела. Эта величина и эта сила убывают по закону Ньютона пропорционально квадрату расстояния. Поэтому сила тяготения и локальные искажения симметрии быстро становятся очень малыми.
Так с точки зрения симметрии можно объяснить суть общей теории относительности.
Подобным образом можно пояснить и возникновение сил в теории Максвелла. Электрический заряд вызывает локальную симметрию — сферическую симметрию пространства, примыкающего к нему. Следствием является возникновение электростатического поля и соответствующей кулоновской силы, действующей на другие заряды. По мере удаления от рассматриваемого заряда вызванная им локальная симметрия и окружающее его поле ослабевают.
Теперь мы можем высказать гипотезу: при возникновении локальной симметрии, искажающей глобальную симметрию природы, всегда возникают соответствующие поля и связанные с ними силы. К этой гипотезе мы еще вернемся, но прежде обратим внимание на то, что понятие симметрии, позволившее по-новому осознать структуру теории Максвелла и теории относительности, не даёт возможности продвинуться в понимании природы элементарных частиц. Для этого нужно идти дальше.
Эйнштейн отлично понимал, что радикальное изменение теории неизбежно. Но главное направление развития физики пошло не по пути развития теории поля, избранному Эйнштейном, а в направлении дальнейшего совершенствования квантовой механики, вероятностный характер которой казался ему сомнительным. Продвигаясь по этому направлению физики, главным образом это были молодые учёные, добивались одного успеха за другим. Дирак первым объединил принципы квантовой механики с требованиями специальной теории относительности. Наградой ему было предсказание существования новой частицы, имевшей массу электрона и обладавшей зарядом, равным по величине заряду электрона. Это была удивительная частица: знак её заряда был противоположен знаку заряда электрона. Это был положительный электрон, призрак которого беспокоил ещё Эйнштейна. Но этим не ограничивались поразительные свойства новой частицы. Она должна была двигаться навстречу действующей на неё силе. Лишь со временем Дирак понял, что такое свойство может быть присуще только частице с отрицательной массой.
Так в науку вошла первая античастица. Впоследствии выяснилось, что в природе существует ещё один тип симметрии: симметрия частиц и античастиц. Каждой частице, имеющей спин, отличный от нуля, соответствует античастица. Античастицы обладают отрицательной массой, равной по величине положительной массе соответствующей частицы. Если частица обладает электрическим зарядом, то её античастица имеет заряд той же величины, но противоположного знака.
По мере углубления знаний мы убеждаемся, что элементарные частицы обладают многими, ранее неизвестными нам характеристиками. И аналогичными свойствами обладают их античастицы. Все характеристические величины, определяющие свойства элементарных частиц и их античастиц, принято называть их квантовыми числами. Если частица не обладает данной характеристикой, то для неё соответствующее квантовое число равно нулю. Величины, характеризующие микрочастицы, меняются только скачками (квантами). Наименьшая величина такого скачка принята равной 1/2 и может быть как положительной, так и отрицательной. С этим мы уже знакомы.
При встрече частицы с её античастицей обе они исчезают, аннигилируют, порождая при этом другие частицы. Например, при встрече электрона с его античастицей — позитроном вместо них возникают два фотона. Здесь мы встречаемся с предсказанным теорией относительности слиянием двух законов сохранения — закона сохранения энергии и закона сохранения вещества — в единый закон сохранения. Ведь при аннигиляции электрона и позитрона их масса покоя исчезает (фотоны не имеют массы покоя) и полностью переходят в энергию фотонов. Эта энергия эквивалентна сумме масс покоя аннигилирующих частиц и энергии их движения. Процесс аннигиляции заряженных частиц происходит в полном соответствии с законом сохранения электрического заряда. Например, при аннигиляции электрона и позитрона их заряды исчезают не по отдельности, а вместе. Сумма их зарядов (положительного и отрицательного) в точности равна нулю, равны нулю и заряды рождающихся фотонов. Суммарный заряд остаётся неизменным — как до аннигиляции заряженных частиц, так и после неё. Сейчас учёным известны не только элементарные античастицы, но и антиатомы, например, атомы антиводорода. Обнаружить эти реалии в природе не удалось — их синтезируют в лаборатории. Ядром атомов антиводорода служит отрицательно заряженный антипротон. Роль электрона в таком атоме играет позитрон.
Дата установки: 04.05.2008
Последнее обновление: 20.10.2009
[
