Научная революция XVII века - Владимир Кирсанов

В ходе таких попыток наиболее интересны исследования Жана Буридана и его последователей (особенно Альберта Саксонского), которые выделили местное движение из всех других видов движения, и с этого времени местное движение стало объектом углубленного анализа. Буридан и его последователи стали на ту точку зрения, что изменение места не является аналогичный изменению качества или количества, что по отношению к месту невозможно говорить о стремлении формы к «совершенству» (а это было одной из характерных черт представления о движении как о forma fluens). Здесь, однако, имеется одна интересная параллель. Когда говорили, например, об изменении (движении) качества, предполагали, что зародыш «совершенства» уже изначально присущ движущемуся объекту, который в конце движения и в результате его достигает этого «совершенства». Но в случае местного движения это не так, ибо, согласно Буридану, поскольку движение присуще движущемуся объекту, а не месту, куда объект попадает в результате движения, невозможно говорить об идентичности конечного результата движения и движения как такового. Тем не менее для случая местного движения можно предположить, что по аналогии с другими видами движения движущийся объект также содержит в себе нечто внутренне ему присущее. Дальнейшее развитие этого представления сыграло важную роль в создании теории импетуса.

С другой стороны, отождествление движения с качествами, внутренне присущими телу, создавало возможность для анализа скорости как интенсивности движения в рамках теории качеств.

Основные результаты в разработке этих проблем принадлежат ученым двух знаменитых университетских школ — Парижской и Оксфордской, которые достигли своего расцвета в XIV в. Среди оксфордцев наиболее замечательной фигурой был Томас Брадвардин (1290—1349), который знаменит своими попытками определить количественную зависимость скорости от величины движущей силы и сопротивления с помощью своеобразной словесной алгебры. Последователи Брадвардина, в первую очередь его непосредственные ученики — Ричард Киллингтон, Ричард Суиссет (Суайнсхед), Уильям Хейтесбери и Джон Дамблтон, создали вместе с ним научное направление, которое получило название «калькуляторства» — по названию основного трактата Суиссета «Калькулятор», написанного во второй четверти XIV в. Калькуляторы не только достигли определенных успехов в анализе понятия скорости, рассматриваемой как интенсивность движения, но и создали предпосылки для математического описания функциональных зависимостей. Метод словесной алгебры, используемый калькуляторами, представлял, однако, значительную трудность для понимания. Более наглядное выражение тот же подход нашел в работах Никола Орема (1323—1382), выдающегося представителя Парижской школы, предложившего метод геометрического описания процессов, связанных с изменением интенсивностей качества.

Другая проблема, о которой говорилось выше, а именно представление, что движение определяется внутренним свойством, присущим самому телу, получила развитие в теории импетуса, разработанной в трудах Жана Буридана (1300—1358), который являлся основателем Парижской школы и учителем Орема.

Усилиями ученых Оксфордской и Парижской школ была создана механика, во многом являющаяся уникальной, отличающаяся в равной мере и от представлений античности, и от классической механики, созданной впоследствии Галилеем и Ньютоном. Рассмотрим ее некоторые характерные положения.

Прежде чем перейти к закону Брадвардина, заметим, что, согласно точке зрения Аристотеля, целиком принятой в схоластике, для объяснения явлений, происходящих в мире природы, особо важную роль играла так называемая эффективная причина, т. е. реально действующий физический агент. «Схоластическая теория природы была целиком основана на эффективной причинности, так же как это имеет место в современной физике. Натурфилософы XIV столетия, безусловно, принимали универсальную обоснованность принципа причинности: все, что существует, и все, что случается, имеет достаточное основание в реальности, т. е. эффективную причину» {1, с. 42}. А поскольку все должно иметь эффективную причину, то такую причину должно иметь и движение. Одним из основных принципов схоластической натурфилософии было поэтому правило: «Все, что движется, движется посредством чего-то» (omne quod movetur ab alio movetur). Это «что-то», тот самый активный принцип, который дает возможность одному телу двигать другое, называется движущей силой. Хотя мы используем здесь термин «сила» для обозначения понятий средневековой физики, следует иметь в виду, что его смысл только весьма приблизительно отражается этим современным термином. Движущая сила такова, что она является причиной движения, и в том случае, если она постоянна, вызываемое ею движение будет равномерным. Большая сила движет данное тело быстрее при прочих равных условиях, а в отсутствие действия силы движение прекращается.

Так как аристотелевская и средневековая физика отвергала для земных процессов существование сил, действующих на расстоянии, необходимо, чтобы движитель был способен передавать свою силу двигаемому телу непосредственно, т. е. находясь с ним в контакте. Такое представление казалось удовлетворительным для объяснения большинства движений, с которым человек сталкивался в своем повседневном опыте. Однако существуют два вида движения, объяснение которых немедленно сталкивается с трудностями, в процессе преодоления которых и формировалась средневековая механика, как, впрочем, и механика нового времени.

Этими видами движения являются свободное падение тел и полет снаряда. Поскольку и в том и в другом случае движение совершается в отсутствие видимого контакта между телом и каким-либо движителем, решение проблемы неизбежно предполагало усложнение и усовершенствование теории.

В аристотелевской физике падение тел объяснялось стремлением тел к естественному месту, т. е. к центру мира, или к центру Земли, поскольку именно там он помещался. Однако стремление тела к своему естественному месту рассматривалось как конечная причина падения, а натурфилософы-схоластики были заинтересованы в том, чтобы определить эффективную причину, которая соответствует этой конечной, т. е. найти движущую силу, вызывающую это естественное движение к центру мира и поддерживающую его в течение всего пути. Ответ на этот вопрос может показаться неудовлетворительным для современного читателя, но в Средневековье его считали вполне приемлемым: движение падающего тела поддерживается непосредственным движителем (motor proximus), который является субстанциальной формой тяжелого объекта и вызывает движение посредством качества тяжести (поскольку субстанциальная форма не может оказывать действие на тело непосредственно). В защиту средневековых мыслителей добавим, что современное объяснение падения — «тело падает потому, что находится в поле тяготения»,—тоже может показаться неубедительным непредвзятому критику, свободному от привычного взгляда на вещи.

В процессе обсуждения этой проблемы натурфилософами XIV в. они все более склонялись к тому, чтобы объяснять движение падающего тела не постоянным контактом непосредственного движителя (motor proximus) с телом, а передачей телу движущего начала движителем, передачей, в результате которой движущая сила помещается в самом движимом объекте. «Гравитационное движение, следовательно, не вызывается внешней силой, ни толчком, ни давлением силы, приложенной извне, как это предполагали при попытках механистического объяснения в семнадцатом веке, ни силой, действующей на расстоянии; вместо этого падение является движением, которое содержит движущую силу внутри себя, в котором движущийся объект как бы внутренне стремится к внешней цели» {1, с. 51}.

Что касается полета снаряда, то эта проблема будет проанализирована позднее, здесь мы только ограничимся замечанием, что ее решение шло по тому же пути, что и в случае проблемы падения.

Итак, можно сказать, что схоластическая механика различала два вида движущих сил. Во-первых, это внешняя движущая сила, которая предполагает, что движитель и движимое тело находятся в непосредственном контакте; во-вторых, это внутренняя движущая сила, которая вносится движителем в движимое тело, и затем тело содержит причину своего движения внутри себя. Примером таких внутренних сил является тяжесть (или легкость) — в случае естественных движений и импетус — в случае насильственных.

Теперь обратимся к проблеме скорости в позднесредневековой механике. Модернизируя высказывания Аристотеля, можно сказать, что он считал скорость прямо пропорциональной движущей силе и обратно пропорциональной сопротивлению, т. е. v ~ F/R. Понятие сопротивления было существенно для аристотелевской и схоластической физики, так как именно сопротивление обусловливало тот факт, что движение совершалось не мгновенно, и таким образом делало возможным само движение (мгновенное движение, как мы помним, не есть движение в строгом смысле, а мутация). Под сопротивлением обычно понималось сопротивление среды, и невозможность мгновенного движения часто приводилась Аристотелем как доказательство невозможности существования пустоты.