Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

Рис. 6. Титульный лист 'Диалога'

Спустя 14 лет после запрещения учения Коперника Галилей закончил рукопись своего главного сочинения «Диалог о двух системах мира — Птолемеевой и Коперниковой» и повез ее в Рим, чтобы получить разрешение на публикацию. В Риме в это время папский престол занял Урбан VIII, который в бытность свою кардиналом хорошо относился к Галилею и даже посвятил ему латинские стихи. Галилей рассчитывал на «смягчение климата». Действительно, главный цензор не возражал против печатания книги, но предложил снабдить ее предисловием, в котором отмечалось бы, что теория Коперника является только гипотезой (такое предисловие к книге Коперника было, как мы знаем, написано Осиандером). Галилей написал такое предисловие. В нем он указал и на «спасительный декрет», осуждавший систему Коперника, и на то, что в книге учение Коперника обсуждается как гипотеза. При этом Галилей подчеркнул, что гипотеза Коперника стоит выше, «если и не системы неподвижности Земли, то по крайней мере тех возражений, какие делаются церковными перипатетиками».

В 1632 г. сочинение Галилея вышло из печати во Флоренции. Остро полемичная книга написана в форме диалога, который ведут венецианцы Сагредо и Симпличио и флорентиец Сальвиати.

Сальвиати и Сагредо — имена двух друзей Галилея. Это персонажи диалога, из которых первый выражает взгляды самого Галилея, а второй им сочувствует. Симпличио (по-итальянски означает «простак») защищает взгляды перипатетиков, непрерывно апеллируя к авторитету Аристотеля и Птолемея. Враги Галилея распустили слух, что под маской Симпличио выведен сам папа. Это, понятно, не способствовало радушному отношению к книге со стороны последнего. Но независимо от этого содержание книги не оставляло ни малейшего сомнения, на чьей стороне автор, а блестящая аргументация произвела огромное впечатление не только в Италии, но и за границей. Книга вызвала шум, сделалась подлинной сенсацией. Система Коперника в этой книге получила всестороннее — физическое, астрономическое и философское — обоснование, а концепции схоластиков был нанесен сокрушительный удар, от которого они уже не могли оправиться.

В течение первого дня дискуссия касается общих философских вопросов, рассматривается учение перипатетиков о противоположности земного и небесного, о достоверности познания и его источнике, о трехмерности мира и т. д. Беседа этого дня заканчивается гимном человеческому разуму и прославлением письменности.

Беседа второго дня занимает центральное место в книге. В ней разбираются аргументы против учения о движении Земли, которое якобы должно отразиться на наблюдаемых нами явлениях, например: брошенный с башни камень должен упасть не к подножию башни, а в сторону, противоположную движению Земли, облака и птицы должны отставать от движущейся Земли и т. д. Для опровержения этих аргументов и потребовалась новая механика.

Механика Аристотеля различала три вида движений: естественные, насильственные и круговые. Естественным было движение к центру мира, к центру Земли. Круговые движения были присущи небесным телам и, являясь идеальной формой движения, соответствовали идеальному, вечному миру. Все прочие движения, в том числе и равномерное прямолинейное, были насильственными и требовали силы. Как только сила переставала действовать, движение прекращалось.

Опыт перемещения тел с небольшими скоростями, казалось, подтверждал эту механику. Так, книга, лежащая на столе, не сдвинется с места, если ее не подтолкнуть пальцем, по прекращении действия пальца движение книги прекращается. Казалось, что полет стрелы не соответствует аристотелевской механике, но и здесь был найден выход. Стрела со свистом разрезает воздух, освобождая перед собой пространство, в которое устремляются образовавшиеся сзади стрелы массы воздуха, своим давлением продолжающие насильственно гнать стрелу. Когда давление прекращается, стрела падает. Таким объяснением удовлетворялись в течение многих веков, пока не появилось огнестрельное оружие. Изучение полета пуль и снарядов показывало, что ответ Аристотеля неудовлетворителен и дело обстоит гораздо сложнее. Так, известный математик XVI столетия Николо Тарталья (1500 — 1557) установил, что траектория полета снаряда не имеет изломов, как это должно быть по теории перипатетиков, а является целиком криволинейной. Он нашел также, что наибольшая дальность полета будет при стрельбе под углом 45° к горизонту. Правда, Тарталья еще не мог отрешиться от перипатетических представлений и считал, что установленные им факты объясняются смешением естественного и насильственного движений. Это, вообще говоря, правильно, поскольку полет снаряда обусловлен инерционным движением («естественным», по современным представлениям) и движением по вертикали («насильственным», по современным представлениям, и «естественным», по Аристотелю).

Наибольшая дальность полета, если не принимать в расчет сопротивление воздуха, достигается, действительно, при угле возвышения в 45°.

Другой итальянец — Бенедетти (1530—1590) — пошел дальше, введя представление об «импето» («впечатлении»), сохраняющемся в теле, которому сообщена скорость. Тело продолжает движение с сообщенной ему скоростью. Поэтому камень, выпущенный пращой, продолжает движение по прямой линии.

Таким образом, практика уже подводила ученых к представлению об инерции, и Галилей в «Диалоге» делает новый шаг в выработке этой важнейшей идеи механики. Разбирая движение тела по наклонной плоскости в духе Галилеевского метода, отвлекаясь от трения (плоскость и шар абсолютно твёрдые и гладкие), Сальвиати подводит своих собеседников к выводу, что шар, скатывающийся по плоскости ускоренно, будет подниматься по плоскости замедленно, если ему сообщить начальною скорость. «Теперь скажите, — продолжает обсуждение Сальвиати, — что будет с тем же телом на плоскости, которая ни вниз не опускается, ни вверх не поднимается?» Из ответов собеседников выясняется, что тело будет равномерно двигаться столько времени, «сколько хватит» такой плоскости. «Если, — подытоживает Сальвиати, — длина ее будет бесконечна, то и движение будет продолжаться вечно».

Современный учитель физики так же подводит учащихся к понятию инерции, заставляя двигаться шар по гладкой горизонтальной поверхности, не задумываясь над тем, что шар находится в поле тяготения и взаимодействует со столом, а «не предоставлен самому себе», как этого требует закон инерции, физику мы учим в тех же естественных условиях, в каких ее создавал Галилей.