Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века

Оптика Декарта примыкает к его механике, вместе с которой она входит как основная составная часть в систему мира в целом. Недаром главное сочинение Декарта, нежно им лелеемое в лучшую нору жизни и оставшееся неопубликованным, носит характерное название: «Мир, или трактат о свете». В этой работе он с самого начала пытается представить свет как естественный повод поговорить и порассуждать о множестве вещей, которые на первый взгляд со светом никак не связаны. Заявив, что из имеющихся в мире тел ему известно «лишь только два вида таких, которые обладают светом, именно — звезды и пламя или огонь» [7, с. 133], Декарт переходит к рассмотрению свойств пламени, твердости и жидкости, рассуждает о возможности существования пустоты, о числе элементов и их качествах, о законах движения и, наконец, переходит к описанию устройства Вселенной. В частности, он полагает, что вся существующая в природе материя состоит из частиц трех типов, различающихся по величине. Самые тонкие частицы образуют так называемый первый элемент, или элемент огня, более крупные частицы принадлежат второму элементу — элементу воздуха, и наконец, наиболее грубые частицы составляют третий элемент — элемент земли. Не вполне понятно, как эти атомистические представления уживаются с картезианским принципом отсутствия пустоты и бесконечной делимости материи. По этому поводу Декарт лишь замечает, «что элемент огня можно назвать наиболее тонкой и всюду проникающей жидкостью, какая только существует на свете» [7, с. 152]. Затем он приступает к обсуждению света как такового.

Декартова теория света была в своей основе корпускулярной, т. е. свет — это действие, производимое частицами второго элемента; он говорит даже, что «свет можно также хорошо представить посредством движения» [7, с. 136]. Но на самом деле свет, по Декарту, был не столько движением частиц, сколько «конатусом» — стремлением к движению, импульсом силы, распространяющимся мгновенно и прямолинейно в среде тонких частиц второго элемента, заполняющего промежутки между видимыми макротелами.

Для понимания его теории идея конатуса особенно важна (кстати, эту же идею впоследствии использовал Гюйгенс); «... прежде всего нужно подчеркнуть, что, когда я говорю, что некоторое тело стремится в такую-то сторону, я не хочу, чтобы при этом думали, будто бы тело это имеет в себе какую-то мысль или волю, влекущую его туда. Я хочу сказать только, что это тело склонно двигаться в известном направлении, причем безразлично, движется оно туда на самом деле или же ему мешает в этом какое-нибудь другое тело» [7, с. 216]. Итак, не движение, не перемещение частиц, а передача их стремления двигаться представляет собой свет. Давление частиц на глаз и вызывает ощущение света, поэтому моделью света может служить палка слепого, которая ощупывает предметы и, натыкаясь на них, мгновенно передает об этом информацию — импульс. Зрение, таким образом, превращается в осязание, прикосновение, давление, механическое понятие.

Замечателен перечень свойств света как «действия, посредством которого могут быть толкаемы глаза людей» [7, с. 230]:

«Основными свойствами света являются следующие: 1) он распространяется во все стороны вокруг тел, называемых светящимися, 2) на всевозможные расстояния, 3) мгновенно и 4) обычно по прямым линиям, называемым лучами света; 5) некоторые из этих лучей, исходя из различных точек, могут собираться в одну и ту же или 6) исходя из одной точки, расходиться в различные пункты; 7) исходя из разных точек и идя к разным точкам, лучи эти могут проходить через одну и ту же, не мешая друг другу, 8) но иногда, когда сила их значительно неравна и превосходство одних над другими в этом отношении весьма велико, они могут мешать друг другу; 9) направление этих лучей может быть изменено посредством отражения или 10) преломления; 11) сила их может быть увеличена или 12) уменьшена благодаря различным положениям или качествам передающей их материи» [7, с. 231].

Как следует из свойства 8), Декарт не имел ясного понятия о том, что сегодня называют принципом суперпозиции, т. е. в данном случае, что пересекающиеся световые лучи не влияют друг на друга, хотя в объяснении предыдущего свойства он указывает, что «каждая из частиц второго элемента способна получать в одно и то же время несколько различных движений» [7, с. 234]. Эта двойственность позиции Декарта, которая выражается уже в том, что он постулирует для света два противоположных свойства — седьмое и восьмое, определяется тем, что его теория занимает промежуточное положение между корпускулярной теорией истечения и волновой теорией. И хотя главным материальным агентом у него является частица второго элемента, свет не есть движение этих частиц, а лишь передача склонности к движению от частицы к частице. Но, поскольку наглядно объяснить, что такое этот конатус непросто, Декарт прибегает к вполне наглядным чисто корпускулярным аналогиям (в данном случае к пересекающимся трубам, по которым движется воздух), и сразу многообещающая тонкость его представлений утрачивается.

Вообще, физическая оптика Декарта весьма своеобразна, но, несмотря на ошибочность многих представлений, она удивительным образом сработала при выводе двух фундаментальных положений: закона преломления и отражения, а также объяснения образования радуги. Строго говоря, слово «сработала» здесь не вполне уместно, потому что в действительности Декарт не выводил закона преломления из своих качественных представлений, он лишь впоследствии приспособил свою теорию для объяснения уже найденного им соотношения. Каким же именно образом он к нему пришел, до сих пор остается загадкой. Долгое время авторство Декарта в установлении закона преломления вызывало сомнения, многие ученые, в том числе Христиан Гюйгенс, обвиняли его в плагиате и заимствовании формулировки закона у Виллеброрда Снелля, который открыл его в 1621 г. Однако это открытие оставалось неизвестным вплоть до 1632 г., когда Голиус обнаружил рукопись Снелля, содержащую этот закон. Тем не менее сегодня существуют веские доказательства того, что Декарт независимо от Снелля открыл закон преломления в 1626 г., когда друг Декарта Клод Мидорж изготовил для него гиперболическую линзу, лишенную сферической аберрации и рассчитанную исходя из декартова закона синусов для преломления.

В 1637 г. в «Диоптрике» Декарт дает уже пространственное доказательство закона преломления, основанное прежде всего на его двух законах механики, а именно на принципе инерции и на законе сохранения количества движения. Несмотря на то что (как уже говорилось выше) количество движения он понимал как скалярную величину, конатус, или стремление имело у него всегда векторный характер и могло быть разложено на компоненты.