Анатолий Ахутин - История принципов физического эксперимента от античности до XVII века

Мы привели это обширное извлечение из Платона, потому что оно с равной наглядностью демонстрирует как способы экспериментирования в раннем пифагорействе, так и априорно-математическое отношение Платона к эксперименту 83 .

При таком подходе истинное знание должно получаться в том случае, если удается реконструировать все данные наблюдений, исходя из чисто теоретических предпосылок. Так возникает платоновский замысел чисто математической физики, причем единственной сферой, где этот замысел может осуществиться полностью, является для Платона, как и для всей классической античности, божественная сфера небесных движений — астрономия 84 . Платон поставил перед математиками и астрономами его эпохи задачу теоретической переработки эмпирической астрономии, задачу выведения законов движения небесных тел из всеобщей математической модели сферического движения.

Мы уже говорили о фундаментальной роли понятия кругового движения для всей античной астрономии. Тот всеобщий метод, с помощью которого в античности строилась теория движения небесных тел (основа основ любой теоретической механики), можно было бы назвать циклическим анализом. При этом любой исследуемый процесс, в частности траектория небесного тела, строится путем разложения в систему циклических движений. Такая «циклическая инерциальность» служила теоретической предпосылкой, организующей любые астрономические наблюдения в теоретически значимые эксперименты.

Именнно на этой основе Платон и выдвинул программу преобразования эмпирической астрономии в теоретическую. Мы не находим этой программы в платоновских диалогах. По-видимому, она была высказана устно, о чем имеется свидетельство в «Истории астрономии» Евдема, сохранившееся у Симпликия в его комментариях к «О небе» Аристотеля. Симпликий пишет: «Платон допускает в принципе, что небесные тела движутся постоянным равномерным круговым движением, поэтому он предлагает математикам такую проблему: какие надо предположить круговые и совершенно правильные движения, чтобы иметь возможность спасти (т. е. объяснить.— А. А.) планетные явления» 85 . Вся античная теоретическая астрономия со времен Платона до Птолемея в значительной степени является реализацией этой «планетной» программы.

Любое астрономическое наблюдение становилось теоретической проблемой в той мере, в какой оно не соответствовало теоретическому предсказанию. Различия в скоростях движений, в светимости или некоторые отклонения от циклической структуры движения впервые становятся теоретически-значимыми фактами лишь в условиях такой программы. Задача «спасения» явлений требует усовершенствования и измерения теоретической схемы, или гипотезы, при помощи которой эти явления «спасают».

«Первым греком,— сообщает Симпликий,— который попытался разрешить проблему, поставленную Платоном, был Евдокс из Книды» 86 . Речь идет о системе гомоцентрических сфер, созданной учеником Архита Тарентского Евдоксом, которая представляла собой первый детально разработанный пример циклического анализа 87 . В этой системе шарообразная Земля покоится в центре, вокруг нее вращаются 27 концентрических сфер. Внешняя сфера несет неподвижные звезды, а другие служат для объяснения движения Солнца, Луны и пяти планет. Для каждой планеты необходимо четыре сферы, для Солнца и Луны — по три. Многие особенности движения небесных тел можно объяснить при надлежащем выборе скоростей соответствующих сфер, причем подбираются также углы наклона осей этих сфер. Как показал Скьяпарелли, при этом легко выводится то петлеобразное движение (гиппопеда), которое совершает, например, Юпитер по отношению к неподвижным звездам 88 .

Калипп и затем Аристотель 89 улучшили эту модель, но общим недостатком этой теории было отсутствие объяснения изменчивости в блеске планет (ведь расстояние до Земли считалось неизменным 90 ). Однако общий принцип построения теоретической системы на основании некоторой модели, комбинирующей простые циклические движения, был принят всеми позднейшими астрономами, и речь шла только о нахождении наиболее адекватной структуры. Более того, мы увидим дальше, как этот метод и аналогичные модели переносится в сферу земной физики и становится таким образом первым математическим методом физики 91 .

В конце IV в. до н. э. Автолик из Питаны в Эолиде, современник Феофраста, в своем трактате «О движущейся сфере» построил абстрактную теорию кинематики точек и кругов на равномерно вращающейся сфере в полном соответствии с идеалом Платона 92 . Это был отвлеченный анализ общих свойств универсальной геометрической модели, служащей основанием любой возможной организации астрономических наблюдений по гомоцентрическому принципу. Однако практически далеко не все явления планетарного движения могли быть «спасены» таким образом. Не было недостатка в полуэмпирических гипотезах, сохранявших от теории только сам принцип циклического анализа. Гераклид из понтийской Гераклеи, один из выдающихся учеников Платона, нашел, что явления, сопровождающие движение Венеры и Меркурия, лучше всего объясняются, если предположить, что эти две планеты вращаются вокруг Солнца, тогда как само Солнце вращается вокруг Земли 93 . К началу III в. до н. э. относится знаменитая гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Сомосского 94 , построенная по принципам гомоцентрической системы и в полной абстракции от общей физической теории. К началу III в. физическая теория была представлена главным образом в аристотелевской системе, и именно то обстоятельство, что гелиоцентрическая гипотеза выступала при этом как абстрактно-геометрическая конструкция, не связанная .с основными принципами физики, сводило ее значение на нет. Требование единства физической теории послужило здесь основанием для выбора космологической гипотезы и было решающим моментом в интерпретации наблюдаемых фактов.

Пока аристотелевская система могла обосновывать физическое понимание и быть источником физических гипотез, она также и поставляла критерии для их отбора. Когда же ее собственное развитие привело ее к проблемам, требующим пересмотра самих основ, понадобилась полная перестройка всей системы физического мышления, и древняя космологическая гипотеза приобрела новый физический смысл.

Значительно более гибкий вариант циклического анализа движения небесных тел, согласующийся также с требованиями аристотелевской физики, был предложен Аполлонием Пергским (ок. 200 г. до н. э.) в его системе эксцентриков и эпициклов. Согласно гипотезе эксцентрического движения, наблюдение за движением планеты происходит из точки, несколько смещенной относительно центра круга. Гипотеза эпициклов предполагала, что по круговой орбите движется центр малой окружности, по которой вращается сама планета. Гипотеза эпициклов была менее приемлема, так как было затруднительно принять вращение вокруг «пустой» точки. Но в обоих случаях можно было объяснить наблюдаемые аномалии в блеске и скорости планет. Птолемей в своем «Альмагесте» приписывает Аполлонию две теоремы, которые доказывают полную эквивалентность эпициклической и эксцентрической теорий 95 .