Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская
Приверженность методам натурфилософии, рассуждения без экспериментов, явились прискорбной причиной тому, что в физике Аристотель передал своим ученикам главным образом заблуждения.
Это нисколько не умаляет значения глубоких результатов, достигнутых Аристотелем в других областях науки. Областях, в которых логика позволяет обходиться без экспериментов.
СИЛА ИНЕРЦИИ. ГАЛИЛЕЙ ПРОТИВ АРИСТОТЕЛЯ
Слово «инерция» имеет два основных значения, происходящих от латинского, где оно означало бездеятельность и неподвижность. В русском языке этому соответствуют такие человеческие свойства, как вялость, ленность, косность, стремление сохранять привычный образ мыслей, привычные методы работы…
Ученые применяют это слово для обозначения определенного свойства материальных тел: их способности сохранять состояние покоя или двигаться прямолинейно с постоянной скоростью, если на них не действуют никакие силы.
В этой книге, как и в жизни, мы будем неоднократно встречаться как с косностью человеческого мышления, так и с инерцией материальных тел.
Возникновение догматов религии затормозило прогресс науки. Религия требовала веры, а не понимания. Ведь внутренние противоречия, содержащиеся в священных книгах, не поддаются объяснению. Поэтому вероучители всех религий ожидали от своей паствы бездумной веры.
Лишь недавно, под влиянием бурного развития науки, науки о микромире и космосе, о процессах, происходящих в живых организмах, науки о строении и эволюции Земли, клерикалы почувствовали необходимость опереться на достижения науки, истолковать их по-своему, замаскировать непреодолимые противоречия между верой и пониманием. Решительный шаг вперед от слепого повторения догм Аристотеля, поддерживаемых католической церковью, сделал Галилей. Замечательным совпадением было то, что толчок к знанию наукой девятнадцатилетний Галилей получил, присутствуя на богослужении в католическом соборе города Пиза.
Миллионы людей видели качание лампад, вызванное сквозняком или прикосновением зажигавшего их служителя. Наверняка многие из них обращали внимание на то, что лампады с длинными подвесами качаются медленнее, чем с короткими. Но это не возбуждало интереса. Не заставляло задуматься и тех, кого считали учеными людьми, кто знал назубок сведения, содержащиеся в трудах Аристотеля. А поведение лампад не было описано Аристотелем. Значит, оно лежит вне науки, считали эти ученые мужи.
Молодой Галилей задумался. И начал сверять качание лампад с биением своего пульса. Его подсчеты обнаружили четкую закономерность. Лампады, имевшие подвесы одинаковой длины, совершали свои колебания в одинаковые промежутки времени. Чем длиннее подвес, тем медленнее качание лампады. Здесь определенно проявлялась неведомая закономерность!
Возвратившись домой Галилей решил проверить свои наблюдения. Он смастерил модель и начал изменять длину шнура, на котором качался груз. Это был первый опыт, первый эксперимент, поставленный человеком для того, чтобы установить: не скрыт ли в наблюдаемом явлении какой-то определенный закон? Тщательные опыты подтвердили результаты первоначальных наблюдений.
Неизвестно, продолжал ли Галилей оценивать промежутки времени, считая удары пульса, пользовался ли песочными или водяными часами. Но он установил, что при увеличении или уменьшении длины шнура в четыре раза промежуток времени, затрачиваемые на каждое качание, изменяется вдвое.
Так Галилей впервые, при помощи опыта, выявил закон, управляющий одним из явлений природы: независимо от величины груза, время, затрачиваемое на каждое качание, пропорционально квадратному корню из длины шнура.
Так Галилей создал метод, применяемый и современной наукой — проводить опыты, обрабатывать их результаты при помощи математики и таким путем находить законы природы. Проверять правильность найденных законов при помощи новых опытов.
Гений Галилея повел его дальше.
Он заметил, что качание груза на шнуре отчасти похоже на падение. Но здесь груз падает не по прямой, а по дуге, по части окружности. И время такого падения, время движения от высшей точки до низшей составляет одну четверть длительности полного качания. Оно не зависит от величины груза, от его тяжести. И, если размах качаний не слишком велик, оно не зависит от длины части окружности, соединяющей высшую точку, от которой начинается это падение, с низшей точкой.
Галилей ставит ряд опытов, цель которых подтвердить или отвергнуть его догадку. Прежде всего он закрепляет свинцовый шар и шар, вырезанный из пробки, на двух тонких гибких шнурах одинаковой длины. Они качаются совершенно одинаково. Значит материал, из которого сделан груз, не влияет на результаты опыта.
Еще один остроумный опыт. Галилей подвешивает маятник около стены так, чтобы он качался вдоль нее. Остановив груз, он забивает в стену гвоздь между грузом и точкой подвеса маятника. Теперь вновь отклоняет маятник и отмечает на стене положение груза. Отпустив маятник, следит за тем, как шнур упирается во вбитый гвоздь. В этот момент верхняя часть шнура становится неподвижной, а нижняя продолжает отклоняться.
Все происходит так, как ожидал экспериментатор. Гвоздь становится центром качания. Груз, удерживаемый нижней частью шнура, поднимается точно на высоту его начального отклонения. Это не зависит от высоты, на которой вбит гвоздь. Если он вбит ниже точки начального отклонения, то груз поднимается выше гвоздя!
Не значит ли это, что вопреки Аристотелю, все тела, независимо от их веса, не только падают с одинаковой высоты за одинаковое время, но и приобретают в нижней точке одинаковые скорости?
Галилею это казалось ясным и несомненным. Но тем не менее, он в 1590 году, чтобы убедить сомневающихся, проводит опыты с падением тел, взобравшись на верхнюю площадку наклонившейся «падающей» башни в городе Пиза. Он сбрасывал оттуда ядра различных размеров. Он хочет непосредственным опытом убедить оппонентов, не способных признать ошибку Аристотеля на основе наблюдения качания маятников.
Но провести опыт с падением тел далеко не просто. Трудно отпустить их точно в один момент времени. Трудно точно зафиксировать моменты их падения. Ведь к концу падения, у самой земли скорость движения тел, падающих с башни, очень велика.
И сторонники и противники Галилея повторяли эти опыты вплоть до 1645 года. Но перипатетики — сторонники Аристотеля — толковали малейшее различие в пользу учения своего кумира.
Чтобы избежать бесплодных споров, Галилей задумывает и проводит новые опыты с движением тел под действием силы тяжести.
Его задача — создать условия, при которых падающие тела движутся много медленнее, чем при свободном падении. Читатель, отвлекись на время от книги и подумай, что ты мог бы посоветовать Галилею?
Галилей поступил так. Взял ровную доску длиной в 12 локтей и вырезал в ней прямой желоб. Поверхность желоба покрыл самым гладким пергаментом. По этому желобу, подняв один из концов доски, пускал хорошо отполированные шарики из бронзы, мрамора или дерева. Он не просто наблюдал
