Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века

Выход из этого затруднения также хорошо известен Галилею. Здесь он неясно использует принцип независимости движений, а также принцип относительности движения, который впоследствии он изложит весьма пространно. Сальвиати говорит, что при падении камня с вершины башни его движение «слагалось бы из двух, а именно из того, которым он отмеривает башню (т. е. движения по вертикали, свободного падения. — В. К.), и из другого, которым он за ней следует (т. е. суточного вращения Земли, в котором участвует и башня, и камень.— В. К.). Из такого сложения вытекало бы, что камень описывает не простую прямую и отвесную линию, а наклонную, и, может быть, не прямую» [16, I, с. 238]. При этом Галилей прекрасно знает, что относительно неподвижной системы координат камень опишет параболу — это он выяснил не позднее 1608 г., но здесь он решает не вдаваться в математические или экспериментальные доказательства этого факта, который поясняет лишь качественно.

Интересно, что Галилей-Сальвиати в этом споре с Симпличио относительно камня, падающего с мачты движущегося корабля, ведет себя так же, как падуанский профессор Кремонини, его друг и неизменный оппонент в космологических вопросах, который отказался смотреть в телескоп Галилея, ибо, согласно его представлениям о мироздании, ничего нового он увидеть там не мог. Точно так же и Сальвиати на вопрос Симпличио, как же он берется настаивать на правильности своего утверждения, если не проделал ни одного эксперимента для его подтверждения, отвечает: «Я и без опыта уверен, что результат будет такой, как я вам говорю, так как необходимо, чтобы он последовал» [16, I, с. 243]. Мы видим, что и Галилей, и Кремонини обладают одинаковым темпераментом, но их научная убежденность зиждется на разной основе, и в этом коренное отличие между университетской философией, базирующейся на тысячелетнем авторитете аристотелевской доктрины, и новой физикой Галилея, которая основывается — явно или неявно — на экспериментальной процедуре, не имеющей антецедентов в прошлом.

В продолжение дискуссии Второго дня Галилей критикует представление Аристотеля, что среда является причиной движения брошенного тела. Он говорит, что среда может только препятствовать движению, а не вызывать его. Это дает ему повод продолжить свои рассуждения о характере движения брошенных тел, а затем перейти к опровержению аргументов Птолемея против движения Земли вокруг собственной оси. Возражения Птолемея сводятся к тому, что, во-первых, птицы и облака, не связанные с Землей и потому ею не увлекающиеся, не испытывают никакого влияния вследствие ее движения с огромной скоростью, хотя они, очевидно, должны были бы отставать от нее; во вторых, «скалы, здания и целые города» должны были бы разрушиться вследствие центробежного эффекта при вращении.

Первый довод Птолемея опровергается Галилеем на том основании, что с физической точки зрения одушевленные предметы не отличаются от неодушевленных, и поэтому движение птиц не должно отличаться от движения камня — птица не может не касаться Земли, а как только это происходит, ей тотчас же передается суточное движение Земли. В следующем за этим рассуждении описывается мысленный эксперимент, объясняющий также и движение облаков. По сути дела он является красочным описанием того, что сегодня мы называем принципом относительности Галилея: физические законы инвариантны относительна систем отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно.

Описание Галилея столь замечательно, что приведем его целиком: «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 нем маленькими рыбками; подвесьте, далее, наверху ведерко, из которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, поставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие животные 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 поставленный сосуд, и вам, бросая какой-либо предмет, не придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и если вы будете прыгать сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Прилежно наблюдайте все это, хотя у вас не возникает никакого сомнения в том, что, пока корабль стоит неподвижно, все должно происходить именно так. 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 ли корабль или стоит неподвижно. Прыгая, вы переместитесь на полу на то же расстояние, что и раньше, и не будете делать больших прыжков в сторону кормы, чем в сторону носа, на том основании, что корабль быстро движется, хотя за то время, что вы будете в воздухе, пол под вами будет двигаться в сторону, противоположную вашему прыжку, и, бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать ее с большей силой, когда он будет находиться на носу, чем когда ваше взаимное положение будет обратным; капли, как и - ранее, будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадет ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдет много пядей; рыбы в воде не с большим усилием будут плыть к передней, чем к задней части сосуда; настолько же проворно они бросятся к пище, положенной в какой угодно части сосуда; наконец, бабочки и мухи по-прежнему будут летать во всех направлениях, и никогда не случится того, чтобы они собрались у стенки, обращенной к корме, как если бы устали, следуя за быстрым движением корабля, от которого они были совершенно обособлены, держась долгое время в воздухе; и если от капли зажженного ладана образуется немного дыма, то видно будет, как он восходит вверх и держится наподобие облачка, двигаясь безразлично в одну сторону не более, чем в другую. И причина согласованности всех этих явлений заключается в том, что движение корабля обще всем находящимся на нем предметам, так же как и воздуху» [16, I, с. 286].

Так Галилей справляется и с возражением Птолемея относительно облаков. Отметим, что в современной трактовке принципа относительности мы говорим, что физические законы не изменяются безразлично к тому, описывают ли они события в покоящейся системе координат или движущейся равномерно и прямолинейно. У Галилея мы не встретим слова «прямолинейно», но это и понятно, ведь для него пока все движения круговые!