Михаил Терентьев - История эфира

При схоластическом строе мышления оказались возможны высочайшие достижения в искусстве. Средневековье оставило такие образцы. И это не случайно, так как в системе схоластики каждый объект воспринимается как нечто загадочное, уникальное, возникает ощущение глубокой связи между объектом и самим исследователем. Но, к сожалению, в естественных науках такое мироощущение совершенно не годится. Лишь в XVI-XVII веках начинает создаваться, а точнее, возрождаться естественнонаучный метод изучения природы.

Научные революции всегда определяются тем, какие личности действуют в данный момент на исторической сцене. Но личности реализуются под влиянием обстоятельств. Напомним, что XVI-XVII века — время географических открытий, кругосветных путешествий, первых шагов в освоении Америки, время создания мануфактур, национальных государств. В это время изобретена подзорная труба, выполнены замечательные астрономические наблюдения, произошли серьезные изменения в представлениях людей об окружающем мире.

В науке XVII век — это героическое время Кеплера, Галилея, Торичелли, Паскаля, Ферма, Гюйгенса, Лейбница (можно было бы продолжить этот блестящий список). Но, пожалуй, два человека — Декарт и Ньютон — в наибольшей степени ответственны за глубокую революцию в научном сознании, произошедшую в XVII веке. О них, в основном, и пойдет наш рассказ. Проблема вакуума в этот период была связана с описанием движения тел в пространстве, то есть была частью механики. Выделенная роль Ньютона в этом вопросе не вызывает сомнений, но, может быть, нужно объяснить, почему именно Декарту здесь оказывается «предпочтение» по сравнению с другими, во многих отношениях ничуть не менее замечательными людьми. В особенности требует пояснений, почему сравнительно мало места в дальнейшем будет отведено Галилею.

Дело в том, что мы пытаемся пройти определенный путь к XX веку, не оставляя по дороге существенных пробелов в развитии идей. Возможно, есть и другой путь. Наука в большой степени коллективный процесс, и, за небольшим исключением, мысли, высказываемые одним исследователем, в какой-то форме находят отражение и у ряда других. На каждом пути есть свои вершины, но существуют такие, которые нельзя обойти, какую бы дорогу не выбирать. Выбор действующих лиц будет достаточен для выполнения нашей программы, и он не будет казаться странным, если вкратце рассказать о том, как люди думали на рубеже XVI-XVII веков и каковы, в частности, были представления Галилея о природе движения.

Галилей осуществил серию замечательных опытов и установил законы свободного падения, доказав, что тела падают с постоянным ускорением, одинаковым для всех тел. (В механике Аристотеля ускорение падения пропорционально весу тела.) В современных обозначениях он установил формулу, которую проходят в школе:

h = ½ ∙ gt 2+ vt,

где h — пройденный путь, t — время движения, v — начальная скорость, g — ускорение свободного падения. Сам Галилей формулами не пользовался, но это момент второстепенный. Важно, что он не считал свободное падение движением, которое осуществляется под действием какой-то внешней силы. Для него это проявление естественного внутреннего стремления тел к центру в чисто аристотелевском духе. При этом он рассматривал свободное падение как выделенный класс движений, а не частный случай общего явления — ускоренного движения тел под действием силы (в данном случае силы тяжести). Указанное обстоятельство, к сожалению, не отмечается в школьных учебниках.

Для Галилея, как и для Аристотеля, природа упорядочена, в ней тела занимают или стремятся занять «естественные» места, а силы — это то, что препятствует «естественному» порядку. У Галилея появляется новый очень важный элемент: равномерное движение для него уже не процесс, требующий причины (так было у Аристотеля), а состояние, которое длится, пока внешний объект его. не нарушит. В этом знаменитый принцип инерции Галилея. Однако, есть маленькая деталь, о которой обычно не упоминается в стандартных учебниках физики: для Галилея состояние свободного равномерного движения, в котором пребывает тело, если на него не действуют силы, — это движение по кругу. Именно такое движение является «естественным». Действуя как естествоиспытатель, Галилей установил в механике ряд правильных закономерностей, что, кстати, Декарту сделать не удалось, но как философ, если иметь ввиду общие представления о движении, Галилей в значительно большей степени, чем Декарт, находится в Средневековье.

Ошибкой было бы воспринимать сказанное как попытку принизить роль Галилея в истории физики. К слову сказать, результаты, полученные Галилеем, его личность и методы его работы автору настоящей книжки импонируют гораздо больше, чем все то же, связанное с Декартом. И если уж обсуждать сравнительное место Галилея в науке, то нельзя не упомянуть об его удивительных астрономических наблюдениях, которые открыли новые измерения в представлениях людей об окружающем мире. Пусть читатель примет к сведению это «лирическое отступление», когда в дальнейшем на страницах книги столкнется с другими примерами «предпочтения» одних героических фигур в науке другим.

Рассказывая об истории вакуума в этот период, нельзя не вспомнить знаменитый опыт Торичелли, предмет современной школьной программы. Этот опыт был важен психологически для подрыва средневекового тезиса о «боязни пустоты» в природе, но не был, конечно, доказательством существования пустоты. (Речь идет об известном опыте с трубкой, заполненной ртутью и опущенной открытым концом вниз. Вся ртуть не вытекает из такой трубки — остается столб, высотой примерно 760 мм, а сверху, у запаянного конца, образуется область «пустоты».) Идея эксперимента возникла после того, как флорентийские водопроводчики обнаружили, что вакуумные насосы не способны поднимать воду на высоту более 10 м (такая высота воды эквивалентна 760 мм ртутного столба). Интересна прагматическая реакция Галилея на первую информацию о явлении, впоследствии исследованном в опыте Торичелли: природа боится пустоты только до 18 локтей (в единицах, используемых Галилеем), а сверх того — «боязни пустоты» уже недостаточно, чтобы удержать воду.

Позже Декарт подсказал Паскалю идею повторить опыт на большой высоте. Паскаль установил, что длина ртутного столба зависит от положения трубки над уровнем моря, а также от метеорологических условий. Сам факт, что ртуть в трубке не опускается, почти сразу был связан с существованием и давлением атмосферы. «Пустота» над поверхностью ртути была правильно интерпретирована как область со значительно большим разрежением, чем воздух у поверхности Земли.