Валентин Иванов - Размышления о природе вещей и идей

Смысл и содержание этих категорий со времён Аристотеля неоднократно подвергались полному пересмотру вплоть до ХХ века. Этот проницательный учёный впервые сформулировал, что главной задачей физики является изучение свойств движения, причём он различал три основных вида движения: простейший – перемещение тела в пространстве с одного места на другое, изменение качества предмета (превращение) и количественные изменения его свойств (прибыль-убыль). Главная же задача физика заключается в поиске причин появления или прекращения движения. Объект, инициирующий движение Аристотель называет двигателем, а изучаемое тело – движимое. Передача свойств движения от двигателя к движимому телу осуществляется непосредственным контактом двигателя с движимым или через промежуточные тела, контактирующие между ними. В таком случае возникает парадокс: каким образом движется камень в свободном полёте, брошенный рукой, когда контакта камня с рукой уже нет. Этот парадокс Аристотель блестяще разрешает, объясняя, что камень движется в воздухе, частицы которого пришли в движение в момент начала броска. Сместившийся в полёте камень создаёт позади себя область разрежения, в которую устремляются частицы окружающего воздуха и, тем самым, толкают камень, побуждая его продолжать движение. Главной количественной характеристикой двигателя является сила, которая и определяет скорость движения. То, что мы называем теперь уравнениями движения в эпоху Аристотеля сводилось к пропорциям, поскольку складывать, вычитать, умножать, делить и сравнивать можно было только величины одного сорта. В этом смысле, уравнение движения в теории Аристотеля можно было записать как F 1/F 2= v 1/v 2 , где значками F i и v i обозначены сравниваемые силы и скорости. Поскольку числа у эллинов были только натуральными (целыми), и отсчёт начинался с единицы, числа в указанных пропорциях могли быть только кратными. В современной записи уравнение движения имело бы вид F ≈ v , где коэффициентом пропорции должно служить неизменное свойство (атрибут) движущегося объекта. До введения понятия массы должны было пройти более двух тысячелетий.

Рассматривая возможность вечного движения, Аристотель вводит классификацию видов движения. Он сразу же отвергает возможность вечного движения по прямой. Поскольку размеры Вселенной ограничены размерами внешней небесной сферы, на которой закреплены неподвижные звёзды, тело, движущееся по прямой, должно где-то остановиться, чтобы повернуть назад. Совершенным движением Аристотель считает движение по кругу. Именно поэтому вечны и совершенны движения планет по небесным сферам, в центре которых находится планета Земля. Этот центр и является неподвижным центром Вселенной.

Время по Аристотелю – это число движения. Поскольку есть число, должен быть и субъект, способный подсчитывать подобные числа. Таким субъектом по его мнению является душа, поэтому без души нет времени.

Ключевым моментом в теории движения было нахождение причины движения – перводвигателя. В каждом частном наблюдении таким перводвигателем могло быть живое существо – лошадь, тянущая телегу, или человек, бросивший камень. Во Вселенной всегда есть движущиеся части, поэтому видимое прекращение движения конкретного объекта означает лишь переход движения в скрытой от взора форме к началу движения другой части Вселенной. Истинным же перводвигателем является Бог, поэтому конечная задача исследователя природы состоит в поиске доказательств существование Бога. Именно признание Бога в качестве перводвигателя Вселенной с момента утверждения христианства в Европе объясняет, почему труды Аристотеля признавались иерархами церкви основами всех наук.

Новая страница истории естествознания открывается в XVI веке с появлением на исторической сцене великого итальянского физика, механика, астронома, философа и математика Галилео ди Винченцо Бонайути де Галилея (1564—1642), родившегося в городе Пизе. С молодых лет он заработал среди преподавателей репутацию неукротимого спорщика. Уже тогда он считал себя вправе иметь собственное мнение по всем научным вопросам, не считаясь с традиционными авторитетами. С точки зрения познания природы, принципиально новым было то, что именно Галилей в основу метода получения новых достоверных знаний поставил эксперимент, поэтому его с полным основанием можно считать первым в истории физиком-экспериментатором. До сих пор ходит легенда, что свой закон, гласящий, что все тела падают с одинаковым ускорением, он открыл, бросая различные предметы с высоты знаменитой наклонной пизанской башни. Никаких документальных подтверждений подобных экспериментов историки не обнаружили, помимо неопубликованного трактата Галилея «О движении», в котором он описывает мысленный эксперимент с лёгким и тяжёлым шарами, связанными верёвкой. В этом эксперименте Галилей опровергал мнение Арисотеля, что скорость падения тела пропорциональна его массе. С точки зрения методической, такой эксперимент несовершенен тем, что в законе о свободном падении он не подтверждает ключевое слово «все», ибо тела могут отличаються не только массой, но и размерами, формой, а также веществом, из которого они состоят. Ограниченность этого, как, впрочем, и всех других законов природы, состоит в том, что при его формулировке не учитывается целый ряд факторов, которые при одних условиях эксперимента можно считать малозначительными, зато при иных условиях они существенно искажают формулировку. К числу таких факторов можно отнести, например, сопротивление среды, в которой падает тело или высоту, с которой оно начинает падать.

Провозвестник новой физики Альберт Эйнштейн (1879 – 1956)

Гораздо более убедительными являются эксперименты Галилея со скатыванием или скольжением тел по наклонной плоскости, которые позволили ввести в физику понятия коэффициентов трения скольжения и качения. Ещё более значительными стали эксперименты по наблюдению движения небесных тел с помощью сконструированного своими руками телескопа, которые произвели настоящий фурор в научном мире, открыв лунные горы и кратеры, пятна на Солнце, спутники Юпитера, фазы Венеры, вращение Солнца вокруг собственной оси и многие другие эффекты.

Важно отметить, что Галилей сделал немало и чисто теоретических открытий, главным из которых является формулировка принципа относительности движения, получившего имя учёного. Согласно этому принципу, в природе существует особое, выделенное, совершенное движение, которое не требует никаких причин для его поддержания. В отличие от кругового движения по Аристотелю, совершенным считается равномерное и прямолинейное движение, которое впоследствие было названо инерциальным. Любые измерения, сделанные в инерциальных системах, показывают их полную идентичность, независимо от скорости движения любой из этих систем относительно другой инерциальной системы.

Читать дальше