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

Непонимание взаимозависимости этих двух моментов или их взаимоисключающего отношения и послужило источником многочисленных недоразумений, которые были выдвинуты современниками Галилея, да и им самим. С подобным непониманием связан также часто вопрос, мучающий современных историков физики: производил ли Галилей на самом деле свои опыты или же, как заявляют некоторые исследователи 92 , они были нужны Галилею только для того, чтобы убедить других? А если не производил, то как мы можем понять замечания, повсеместно разбросанные в сочинениях Галилея, о том, что «в доказательных науках» обычный порядок начинает с попыток удостовериться в заключении с помощью опытов и наблюдений и лишь потом переходит к теоретическому доказательству (I, 148). Ведь там, где Галилей приступает к новой и неизведанной области, речь Прежде всего идет об опытах. Так, на Шестой день «Бесед», когда Сагредо и Сальвиати приступают к труднейшей теории удара и место Симпличио занимает «сведущий» человек Апроино, Сальвиати обращается к нему с такими словами: «Так как мы собрались сегодня для беседы специально об ударе, то синьор Апроино, вероятно, скажет нам, к каким заключениям пришел он относительно этого вопроса на основании опытов, а также не откажется дать обещание сообщить при случае и о других опытах, произведенных Но другим поводам. Я знаю, что в них не было недостатка, ибо наш Академик всегда был экспериментатором не менее прилежным, чем любознательным» (II, 382):

Широко известно письмо Вивиани принцу Леопольду Медичи (1659 г.), в котором ученик Галилея рассказывает, как двадцатилетний Галилей наблюдал за движением люстры в пизанском соборе и нашел, что большие дуги она описывает с тем же периодом, что й малые. Как затем, придя домой, он воспроизвёл этот опыт, варьируя длину нити и вес подвешенных шаров (II, 444) 93.

Подробно обсуждалось также, производил ли Галилей свой легендарный опыт на пизанской башне 94 и в результате каких наблюдений он пришел к выводу, что скорость свободного падения растет пропорционально времени, а не дистанции 95 .

Трудность же начинается тогда, когда пытаются реально Проверить те самые «реальные» опыты, которые описывает Галилей. Первый же пример даст нам об этом представление. Когда на Второй день «Диалогов» Сальвиати дает первый набросок теории свободного падения, он между делом замечает: «... Положим, что мы собираемся произвести вычисление относительно чугунного ядра в сто фунтов, которое, как показывают повторные опыты, падает свысоты ста локтей в пять секунд» (I, 323). Комментатор русского издания замечает по этому поводу, что если отвлечься от сопротивления воздуха, то тело должно пройти около двухсот локтей, т. е. величину вдвое большую, чем указанная Галилеем. «Разницу следует, вероятно, объяснить не столько сопротивлением воздуха, сколько ошибками в определении малых промежутков времени, достаточно трудным в ту эпоху» (1,618).

Обратим внимание на знаменитый опыт, исследующий движение по наклонной плоскости, с целью обосновать закон свободного падения.

Сальвиати «в обществе нашего Автора» много раз производил следующий опыт. «Вдоль узкой стороны линейки... длиною около двенадцати локтей, шириною пол-локтя и толщиною около трех дюймов, был прорезан канал, шириною немногим больше одного дюйма. Канал этот был вырезан совершенно прямым и, чтобы сделать его достаточно гладким и скользким, оклеен внутри возможно ровным и полированным пергаментом, по этому каналу мы заставляли падать гладкий шарик из твердейшей бронзы совершенно правильной формы. Установив изготовленную таким образом доску, мы поднимали конец ее над горизонтальной плоскостью когда на один, когда на два локтя и заставляли скользить шарик по каналу» (II, 253). Время же измерялось при помощи пульса и клепсидры. Струйка воды, вытекшая из ведра, снабженного отверстием, взвешивалась «на точнейших весах». В результате ожидаемые данные полностью подтвердились и не было замечено сколько-нибудь заметных отклонений (II, 254).

Мы видим здесь в совершенстве продуманный и, по-видимому, не раз действительно исполненный эксперимент. «Правда,— замечает комментатор русского перевода «Бесед» И. Б. Погребысский,— теперь пас смущают ссылки на то, что все подтверждалось на опыте вполне точно, что нельзя было уловить разницу во времени «даже на одну десятую времени биения пульса и т. п. ...» (II, 460).

Такие утверждения Галилея смущали уже и его современников, когда они пытались проверить как те опыты, которые он подробно описывал, так и те, которые были фундаментальны для его теоретических утверждений 96 . И опять-таки Галилей мог бы воскликнуть: «Перед моими глазами открывается нечто совершенно иное, чем перед вашими». Нас уже не могут удивить выводы, которые делает из таких опытов перипатетическая наука. Например, профессор философии в Болонье иезуит Джамбатиста Риччиоли, (кстати тот самый Риччиоли, который «экспериментально подтвердил» закон изохронности колебания маятника и впервые по формуле Галилея сконструировал маятник, период которого равнялся одной секунде") взялся раз и навсегда путем прямого испытания решить проблему падения тяжелых тел. При этом он вполне сознает особенности экспериментального искусства. Он высмеивает «полу-эмпириков», которые не знают, как провести опыт, чтобы его результатам можно было доверять. Он берет два шара — один из глины, другой из бумаги — обмазывает их сверху известью так, чтобы их размеры и формы были одинаковыми, и сбрасывает их с высоты примерно ста метров (башня Азинелли в Болонье). Он повторяет эксперимент 15 раз и с несомненностью устанавливает, что тяжелые тела падают быстрее легких, хотя соотношение скоростей и не аристотелевское. (Ниже мы разберем, как строит соответствующий эксперимент сам Галилей.) Риччиоли, кроме того, проводил опытное исследование закона падения и установил его справедливость с точностью, превосходящей точность самого Галилея 98 .

Однако недоумение высказывалось также и не только со стороны перипатетиков (которые, как мы видели, как раз довели опыт до возможного совершенства), а людьми, весьма искушенными в методах и теориях новой физики, такими, как Декарт и Мерсенн.

Еще в 1634 г., когда Декарт впервые познакомился с «Диалогами» Галилея и нашел в них «некоторые из его собственных мыслей», в частности закон пропорциональности пространств, проходимых тяжелым телом при падении, квадрату времен, он замечает: «... Это то, что я говорил с большими ограничениями, так как в действительности это никогда полностью не верно, в противоположность тому, что он думает доказать»

В том же письме к Мерсенну Декарт пишет: «Что касается указанных Вами опытов Галилея, я их все отрицаю. И пушечное ядро, выстреленное с вершины башни, должно опускаться гораздо медленнее, чем при падении по отвесу («сверху вниз»), потому что оно на своем пути встречает больше воздуха, и это мешает ему не только двигаться параллельно горизонту, но и опускаться» 10 °.