Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века

Введение понятия количества движения mv, как мы видим, тоже обязано Декарту, хотя этот факт часто замалчивался творцами новой науки, и в первую очередь Ньютоном, который хотя и широко им пользовался, но ни разу не упомянул о его картезианском происхождении; впрочем, нелишне здесь напомнить о том, что Ньютон отвергал представление о сохранении количества движения. Вообще, идея о существовании законов сохранения имеет наиболее прочные корни во французской науке (в этом смысле Гюйгенс ее прямой наследник), а система Ньютона, как бы внушительна и плодотворна она ни была, испытывает в ней ощутимый недостаток. Заслуга XVIII в. в том и состояла, что механика Ньютона была существенным образом переформулирована (на языке бесконечно малых) и дополнена, причем законы сохранения явились одним из важнейших дополнений.

Можно не сомневаться в том, что открытие Декартом двух фундаментальных физических законов — закона инерции и закона сохранения количества движения — оказало сильнейшее влияние на все последующее развитие науки, важность этого события трудно переоценить, даже имея в виду неправильную теорию удара, выведенную Декартом на основе этих законов. Как интересно отмечает А. Койре, представление о полной онтологической эквивалентности покоя и движения привело Декарта к неправдоподобной трактовке покоя как сопротивления (антидвижения) и заставило его приписать телу в состоянии покоя некую силу сопротивления (количество покоя), аналогичную и противоположную движущей силе тела (количеству движения), находящегося в движении. Койре говорит, что, именно исходя из такого представления, Декарт со всей присущей ему логикой выводит абсолютно неверный закон удара, согласно которому, с какой бы скоростью ни двигалось меньшее тело, оно не способно привести в движение большее тело, поскольку оно не может преодолеть значительно большую силу его сопротивления [9, с. 219].

Нетрудно видеть, что такой вывод находится в противоречии с процитированным выше утверждением Декарта, убеждающим нас, что камень, падающий на землю, передает ей свое движение, чем приводит ее в колебание. Непонятно, каким образом Декарт мог оставить это очевидное противоречие неразрешенным, ведь в данном случае речь шла не о несоответствии теории и опыта (что Декарта не слишком заботило), а о несоответствии двух логических концепций (что было для него принципиально важным). Что же касается того факта, что законы удара, предложенные Декартом, очевидно противоречили опыту, то Декарт на это отвечал, что его «доказательства настолько достоверны, что хотя бы опыт и показал обратное, однако мы вынуждены были бы придавать нашему разуму больше веры, нежели нашим чувствам» [2, 496].,

Хотя Декарт в этой фразе использует сослагательное наклонение, как бы лишь предвидя возможность несоответствия, на самом деле он уже тогда был хорошо осведомлен о том, что его утверждения не согласуются с экспериментом, и поэтому он тут же предпринимает попытку свести концы с концами. Он говорит, что его выводы справедливы лишь в идеальных условиях, предполагающих, что тела взаимодействуют в пустоте, а сами они являются абсолютно твердыми. Но реально эти условия не выполняются: никакое тело не может быть совершенно твердым и все они вынуждены взаимодействовать в среде, заполненной материей. Именно влияние промежуточной среды, оказываемое на погруженные в нее тела, приводит к тому, что его законы удара не подтверждаются на опыте. Декарт продолжал настаивать на справедливости своих выводов, несмотря на все усиливавшуюся критику, и законы удара получили свою адекватную формулировку лишь в трудах физиков следующего поколения — в работах Гюйгенса, Рена и Валлиса.

Неудача декартовой теории удара не должна заслонять его 'великих достижений в механике — установления закона инерции и закона сохранения количества движения. Обычно эту неудачу относят за счет того, что Декарт не осознал векторного характера количества движения. Это действительно так, и для случая двух соударяющихся тел его закон может быть записан в виде

m 1|u 1| + m 2|u 2| = m 1|v 1| + m 2|v 2|.

Однако это отнюдь не означает, что Декарт не понимал векторного характера движения. Векторный характер скорости был ясен уже итальянским инженерам эпохи Возрождения, и, конечно, для Декарта направление скорости было существенной характеристикой движения. Но его попытки проникнуть в смысл векторного характера движения этим не ограничивались. Одним из важнейших понятий в его анализе движения является «конатус», который можно обозначить как стремление тела двигаться в данном направлении. По Декарту, это «стремление», или «тенденция» движения может реализоваться, а может и не реализовываться в действительном движении в зависимости от тех ограничений, которые на это движение накладываются. Он, например, утверждает, что, хотя в общем случае путь тела представляется криволинейной траекторией, «тем не менее каждая из частиц тела по отдельности стремится продолжать свое движение по прямой линии. Таким образом, их действие (action), т. е. склонность к движению, которой они обладают, отлично от их движения» [7, с. 173].

Далее Декарт поясняет: «Заставьте, например, колесо вращаться вокруг своей оси: все его части будут двигаться тогда по кругу, так как, будучи соединены друг с другом, они не могут перемещаться иначе; однако склонны они передвигаться не по кругу, а по прямой. Это ясно видно, когда одна из частиц его оторвется от других. Как только она очутится на свободе, движение ее перестает быть круговым и продолжается по прямой линии» [7, с. 174].

Было бы упрощенным трактовать декартовский конатус как мгновенную скорость. Скорее это некий эквивалент силы или импульса силы, как показывает следующее за предыдущим утверждение: «Камень не только летит совершенно прямо, выскочив из пращи, но и находясь на ней, все время давит на середину пращи и заставляет натягиваться веревку. Это совершенно ясно доказывает, что камень все время имеет склонность лететь по прямой линии и что по кругу он вращается лишь вынужденно» [7, с. 174].

Мы видим, что в этом отрывке конатус, натягивающий веревку, эквивалентен центробежной силе и направлен от центра по радиусу. Для нас здесь, кроме того, важно, что Декарт ясно заявляет о сведении всех криволинейных движений к прямолинейным (т. е. обратно тому, что было сделано Галилеем, пытавшимся свести все прямолинейные движения к круговым, что подготавливало основу для инфинитозимального анализа движений. В дальнейшем декартовское понятие конатуса как эквивалента силы широко использовалось Гюйгенсом в его механике и оптике.

Декарт стремился построить механическую модель мира, в которой все было объяснено, по крайней мере на качественном уровне, с помощью представлений механики. Он не считал возможным закон или явление, взятое из непосредственного наблюдения в природе, поставить на уровень аксиомы (что со времени Ньютона входит в практику физика-теоретика), а искал им объяснение в терминах «ясных и отчетливых идей». Ярким примером такого отношения является его объяснение тяготения. Предпринятая Ньютоном попытка постулировать закон тяготения в качестве основного закона природы, не сводимого к более понятным взаимодействиям, многими считалась неудовлетворительной и после выхода «Математических начал». Ньютон и сам был этим не вполне удовлетворен, большинство же ученых континента воспринимали его подход к проблеме как введение в науку «оккультных качеств». Задолго до появления «Математических начал» Декарт так высказывался по этому поводу: «Мы прибавим к нашим предположениям, если вам это угодно, что Бог не совершает в нашем мире никаких чудес» [7, с. 170]. И более конкретно: «То, что Галилей говорит относительно скорости падающих тел, не имеет основы — ему надо бы сказать, что такое тяжесть; если бы он понял ее природу, то увидел бы, что не существует пустого пространства» [6, II, с. 391].