Лекция 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 

Изменение картины мира в XVII веке:Гримальди и Ньютон.

Франческо-Мария Гримальди, известный итальянский физик, первооткрыватель явления дифракции, родился в 1618 году. Будучи 14 лет от роду, он вступил в орден иезуитов. Его другом и наставником в Ордене стал известный астроном, историк и географ Джованни-Батиста Риччиоли /1598-1671/. В своей "Реформированной хронологии" Риччиоли напишет против года смерти Гримальди /1663/: "Двадцать восьмого декабря на рассвете отправился, как благочестиво веруем, на небо отец Франческо-Мария Гримальди из Общества Иисуса, сорока пяти лет, муж, наделенный большим и глубоким дарованием, острейшим умом, выдающейся честности, живший с нами без ссор: для меня же он был дороже, чем половина моей души". Заслуги Гримальди в науке очень велики. Помимо того что он помогал своему учителю писать "Новый Альмагест" и составлять карту Луны /там до сих пор имеется "море Гримальди"/, он совершенно самостоятельно написал фундаментальный труд по оптике: "О свете, цветах и радуге[...]", вышедший в свет в Болонье в 1665 году. Помимо важнейшего для физики открытия явления дифракции, Гримальди описал много других ценных опытов и наблюдений, в результате которых пришел к выводу, что свет есть некая материальная жидкость, волнообразно распространяющаяся в пространстве. Первым выводом отсюда является то, что свет обязан распространяться с конечной скоростью. Это было новым и революционным для того времени заявлением, поскольку большинство ученых считало вместе с Аристотелем, что свет распространяется мгновенно. Спор этот очень важен, потому что из факта конечности и постоянства скорости света родилась впоследствии теория относительности Эйнштейна, изменившая новоевропейскую картину мира.

Чтобы доказать, что свет распространяется с конечной скоростью, Гримальди поступает оригинальным образом. Он предлагает доказывать конечность скорости распространения света "от противного". Предположим, пишет он, что свет распространяется мгновенно. Тогда свет должен появляться во всех точках освещаемой среды одновременно. Все это выглядит правдоподобно, если свет вливается в комнату через широко распахнутое окно. Но как быть с узким лучом света, входящим в темную комнату через отверстие в ставнях? Этот луч отражается от зеркала, преломляется в воде, меняет свое направление и даже окраску. Все это было бы невозможным, говорит Гримальди, если бы свет распространялся мгновенно, ибо и само существование "светового луча" и, различные вышеперечисленные изменения, происходящие с ним, можно объяснить только из предположения, что свет распространяется постепенно, а поэтому по форме луч света представляет собой прямую линию, встреча с зеркальной поверхностью является причиной отражения и т.п. Но это противоречит исходному предположения о мгновенности распространения света. Вот что пишет по этому поводу сам Гримальди:

"Источник света не является свободной причиной и не действует как наделенный разумом, так чтобы он мог заранее знать, когда надо в перпендикулярном /к поверхности зеркала - И.Л./ луче удваивать интенсивность [...] Также нельзя утверждать, что источник света знает, когда требуется достигать предмета по отраженной линии, а когда нет. Следовательно, он должен другим способом быть определяемым к отраженному действию или для действия на предмет, помещенный здесь, а не там. Но если он действует мгновенно, то не может быть определяем ни средой, ни чем-то другим, что существует либо в самом предмете, либо в среде. Не может источник света действовать посредством отражения, совершаемого строго под определенными углами, если не действует прямо вдоль линии, образующей равные углы c непрозрачной поверхностью, отражающей свет: ибо без линии невозможно представить себе и угол. Но такая линия невозможна, если источник света мгновенно воздействует на все части прозрачной среды, ибо нет никакого порядка, который бы эту линию образовал: ни порядка предыдущего и последующего, ибо говорится, что источник света одновременно и в одно мгновение производит все световые частицы в прозрачной среде; ни порядка причинности, ибо если мы считаем, что источник света мгновенно освещает все, то нельзя между частицами света найти соответствие причины и следствия[...]"

Таким образом, из простого анализа распространения светового луча Гримальди делает вывод, что свет должен распространяться с конечной скоростью. Спустя 13 лет после смерти Гримальди датчанин Олаф Ремер предложит доказательство конечности скорости света и метод ее определения из наблюдений над затмениями спутников Юпитера.

О талантливости Гримальди как экспериментатора свидетельствует следующий опыт, который Гримальди описывает как бы между прочим:

"Если небольшую трубку, не железную, а например, серебряную, наполнить железными опилками, т.е. мелко нарезанными кусочками железа, и должным образом намагнитить, то[...] железная эта пыль как один стержень насыщается магнетизмом; но если порошок этот вытряхнуть из трубки и после тщательного перемешивания вновь поместить в трубку, то она уже не будет обладать магнитными свойствами. А причина этого в том, что отдельные крохи железа имеют определенную длину, вдоль которой в них еще распределена магнитная сила, но теперь они все не упорядочены , как раньше, более того, наугад повернуты туда-сюда и поэтому не могут одновременно и наподобие одного магнита проявлять магнитную силу, которая в них остается, или же, конфликтуя между собой в силу взаимной противоположности эту магнитную силу друг в друге уничтожают".

Было бы слишком утомительным занятием перечислять все оригинальные опыты Гримальди. Я упомяну лишь об одном опыте, аналогичном опыту Торричели:

"Возьми стеклянную трубку, открытую лишь с одного конца, и наполни ее ртутью, которой также должна быть наполнен некий сосуд; затем заткни пальцем отверстие в трубке и поверни ее так, чтобы сверху был конец, закрытый самим стеклом, а снизу конец, придерживаемый пальцем; затем опусти трубку открытым концом в ртуть одновременно с рукой, опуская открытый конец ниже поверхности ртути, налитой в сосуд[...] и наконец, убери палец, чтобы ртуть могла спускаться из трубки в сосуд. Сделав это, увидишь, что ртуть будет выходить из трубки, но не вся[...] Некоторые считают, что в верхнем конце трубки ничего больше нет, но остается там некое пустое пространство: в чем они явно заблуждаются[...] Из аргументов, убеждающих в этом, наиболее действенным является тот, что если к вершине трубки приложить что- либо нагревающее, то ртуть в трубке еще более опустится, а если приложить что-либо охлаждающее, то ртуть в трубке поднимется".

В заключение скажем, что эксперименты Гримальди, которых в его книге "О свете, цветах и радуге[...]" описано несколько десятков, способствовали прогрессу науки. Мы сообщаем все эти подробности для того, чтобы показать, что инквизиция не задушила и не пыталась задушить итальянскую науку. Из книги Гримальди видно, что им руководило стремление к истине и глубокая вера в то, что исследование природы, сотворенной Богом, не может привести к атеизму.

Перейдем теперь к анализу творчества другого выдающегося ученого XVII века - Исаака Ньютона. Ньютон родился в 1642 году - в год смерти Галилея - и это совпадение многие историки науки считают символическим. Действительно, Ньютону суждено было продолжить линию Галилея, ставившего своей целью создание новой науки. Однако, как и Галилею, Ньютону не хватило философской эрудиции, чтобы создать одновременно также и метафизику, соответствующую новому естествознанию. Для создания непротиворечивой метафизики Ньютону не хватало последовательности. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить между собой следующие два фрагмента, оба из которых взяты из книги Ньютона "Математические начала натуральной философии", вышедшей в 1687 году в Лондоне и знаменитой тем, что в ней Ньютону удалось объяснить законы Кеплера, выведя их математически строго из трех законов механики и закона всемирного тяготения /а также закона сохранения импульса, сформулированного Декартом/. Первый текст широко известен:

"Доселе я объяснял небесные явления и движение морей с помощью силы тяготения, но причину тяготения еще не указал. Разумеется, эта сила возникает под действием некоторой причины, которая проникает до самого центра Солнца и планет без уменьшения интенсивности[...] и распространяется повсюду на неизмеримые расстояния, всегда убывая обратно пропорционально квадрату расстояния[...] Причину же этих свойств тяготения я еще не смог вывести из явлений, а гипотез не измышляю. Достаточно того, что тяготение реально существует, действует согласно законам, нами изложенным, и объясняет движения небесных тел и морей".

Из слов "гипотез не измышляю" некоторые философы делают далеко идущие выводы. Проще всего показать то, что сам Ньютон не придерживался последовательно этого принципа, следующим фрагментом, также взятым из "Математических начал натуральной философии":

"Комета, которая появилась в 1680 году, отстояла от Солнца в перигее меньше, чем на 1/6 часть диаметра Солнца, и по причине огромной скорости в окрестности Солнца и плотности солнечной атмосферы должна была испытывать некоторое сопротивление и немного замедлить свое движение, что должно приблизить ее к Солнцу в следующем возвращении, в результате чего комета должна в конце концов упасть на Солнце[...] Так и неподвижные звезды, которые понемногу истощаются, испуская свет и пары, могут быть подкрепляемы падающими на них кометами и, возжигаемые новой пищей, могут быть приняты за новые звезды. К такому роду относятся неподвижные звезды, которые внезапно появляются и вначале чрезвычайно ярко светят, а затем постепенно исчезают. Таковой была звезда в районе созвездия Кассиопеи, которую[...] Тихо Браге наблюдал 11 ноября 1572 года, когда она достигла наибольшей яркости, а после этого стала понемногу убывать и через 16 месяцев исчезла".

Как видим, Ньютон измышлял гипотезы и притом не всегда удачные. Так что напрасно было бы возводить высказывание "гипотез не измышляю" в ранг великого принципа метафизики новой науки, якобы созданной Ньютоном.

В некоторых своих аксиомах движения Ньютон повторил сказанное ранее Буриданом и Альбертом Саксонским даже с теми же примерами:

"Брошенные тела пребывают в движении, если не тормозятся сопротивлением воздуха и не устремляются вниз под действием силы тяжести. Колесо, коего части, будучи связаны друг с другом, препятствуют друг другу двигаться прямолинейно, не прекращает вращаться, разве что будучи замедляемо воздухом. Большие же тела планет и комет движения свои и поступательные, и вращательные, совершаемые в пространствах с меньшим сопротивлением, сохраняют дольше".

Остается еще добавить, что Ньютон в подготовке своей знаменитой книги "Математические начала натуральной философии" опирался на работы итальянских ученых: Галилея, Борелли и Гримальди. Ньютон скупо цитирует их и редко упоминает их имена, но многим обязан этим своим предшественникам, и многочисленные факты говорят о том, что он внимательнейшим образом проштудировал и "Беседы о новой науке" Галилея, и "Теорию медицейских планет" Борелли, и "О свете, цветах и радуге" Гримальди.

Несмотря на свои несомненные достоинства, система Ньютона не отличалась последовательностью и ясностью и оказывалась неприменимой, когда дело касалось расстояний, превосходящих размеры Солнечной системы, или явлений малых масштабов, таких как дифракция, адгезия и. т.п. Все эти недостатки системы Ньютона должны были исправить последущие поколения ученых.