Научная революция XVII века - Владимир Кирсанов

Так Галилей справляется и с возражением Птолемея относительно облаков. Отметим, что в современной трактовке принципа относительности мы говорим, что физические законы не изменяются безразлично к тому, описывают ли они события в покоящейся системе координат или движущейся равномерно и прямолинейно. У Галилея мы не встретим слова «прямолинейно», но это и понятно, ведь для него пока все движения круговые!

Мы видим, что на пути решения космологических проблем выкристаллизовывается физическая система Галилея, причем введенный им принцип относительности имеет в его глазах, помимо прочего, и методологическую ценность. Чтобы оправдать теорию Коперника, он вначале показывает, что «для порождения решительно одинаковых явлений безразлично, движется ли Земля и остается неподвижным весь остальной мир, или же Земля стоит неподвижно, а весь остальной мир движется тем же самым, движением» [16, I, с. 215]. Затем преимущество и предпочтительность теории Коперника доказываются уже с помощью критерия простоты — некоего варианта «бритвы Оккама»: «Природа не употребляет многих средств там, где она может обойтись немногими» (Там же). Этот постулат имеет, безусловно, применение, не ограничивающееся лишь защитой коперниканства; критерий простоты становится одним из фундаментальных критериев физической теории.

Гораздо большие трудности приходится преодолевать Галилею при попытке устранить второе возражение Птолемея против суточного вращения Земли: почему Земля не разрушается в результате центробежного эффекта. Галилей предлагает здесь два объяснения, ни одно из которых не является ни полностью правильным, ни исчерпывающим. Остается предположить все же, что для современников Галилея оба они казались достаточно убедительными.

Первый аргумент имеет в своей основе правильную идею, что тела на Земле удерживаются тяготением. Галилей называет это свойство тел gravità — тяжестью, и физический смысл этого понятия еще не вполне ясен. По мнению Галилея, то, что тела не срываются с поверхности Земли, обусловлено фактом, что любое тело отлетает по касательной к окружности вращения: «Таким образом, если бы камень, отброшенный вращающимся с огромной скоростью колесом, имел такую же естественную склонность двигаться к центру этого колеса, с какой он движется к центру Земли, то ему нетрудно было бы вернуться к колесу или, скорее, вовсе не удаляться от него, ибо раз в начале отрыва удаление столь ничтожно из-за бесконечной остроты угла касания, малейшего уклонения по направлению к центру колеса было бы достаточно, чтобы удержать его на окружности» [16, I, с. 294].

По-видимому, сам Галилей чувствует неудовлетворенность таким доказательством, потому что тут же он приводит другое объяснение, которое кажется более удовлетворительным с точки зрения повседневного опыта. Он говорит, что вращение, при котором полный оборот совершается за 24 часа, является столь медленным, что оно не может являться причиной какого-либо смещения предметов, участвующих в таком вращении, точно так же как камень не может слететь с колеса, вращающегося с такой скоростью. Ясно, что Галилей в этом пункте совершает ошибку — центробежная сила у него получается зависящей исключительно от угловой скорости [16, I, с. 311, 317].

Непосредственно за опровержениями аргументов противников суточного движения Земли Сальвиати сообщает читателям об открытых Галилеем законах падения. Доказательство здесь не приводится, а просто говорится, что правило возрастания скорости в равноускоренном движении «до нашего времени оставалось неизвестным для всех философов и впервые было найдено и доказано трудами Академика, нашего общего друга, который в некоторых своих сочинениях, еще не обнародованных, но доверительно показанных мне и некоторым другим его друзьям, доказывает, что ускорение прямолинейного движения тяжелых тел совершается соответственно ряду нечетных чисел, начиная с единицы... иначе говоря, что пройденные пространства относятся друг к другу как квадраты времен» [16, I, с. 322].

Другое важное замечание относительно характера равноускоренного движения состоит в том, что впервые ускорение рассматривается как непрерывный процесс. Это обстоятельство, важность которого часто ускользала от внимания историков науки, было особенно существенным для современников Галилея. Дело в том, что, как указывалось выше, в эпоху позднего Средневековья и Возрождения ускорение мыслилось многими учеными как скачкообразный процесс — тело приобретало определенный «градус скорости», затем в течение некоторого времени двигалось равномерно с этим градусом скорости, затем приобретало новый градус скорости, с которым вновь двигалось равномерно некоторое время, и т. д. Не избежал влияния такого представления и Галилей, что можно увидеть в его рукописях, относящихся к раннему периоду творчества, но вот в «Диалоге» он вносит полную ясность в представление о процессе. Он говорит: «Ускорение движения свободно падающего тела растет постоянно с мгновения на мгновение» — и поясняет далее, очевидно имея в виду идеи своих предшественников: «В самом деле, если приращение скорости в ускоренном движении идет непрерывно, то нельзя разбить его на какое-то определенное число постоянно возрастающих степеней скорости, потому что, изменяясь каждое мгновение, они бесчисленны» [16, I, с. 328].

Здесь же Галилей дает геометрическое доказательство того факта, что тело, движущееся равноускоренно, проходит за некоторое время путь, вдвое меньший, чем путь, пройденный тем же телом, движущимся равномерно, за то же время, но со скоростью, равной конечной скорости равноускоренного движения. Этот результат, эквивалентный известному мертоновскому правилу, позднее им был предсказан в «Беседах».

Наконец, во Втором дне «Диалога» находит свое отражение еще один результат, полученный Галилеем еще в юности, а именно изохронизм движения маятника: «Колебания одного и того же маятника происходят одинаково часто, велики эти колебания или малы» [16, I, с. 330].

Третий день «Диалога» посвящен проблеме годового движения Земли. Главное возражение против такого движения заключается в том, что если бы Земля двигалась вокруг Солнца, то должно было бы наблюдаться изменение положения неподвижных звезд, чего на самом деле не наблюдается. Галилей так отвечает на этот аргумент: смещения неподвижных звезд неощутимы из-за огромного расстояния между ними и Землей, расстояния, которое в невообразимо большое число раз превышает размер земной орбиты. В продолжение дискуссии о величинах межзвездных расстояний он выдвигает также предположение о бесконечности Вселенной, которое, впрочем, не получает дальнейшего развития.

Третий день в большей степени, чем любая другая глава в «Диалоге», связан непосредственно с защитой коперниканского учения, этот день венчает все предыдущие рассуждения, и Галилей, суммируя полученные результаты, показывает, каким образом предположение о суточном и годовом вращении Земли дает наиболее простое объяснение всех явлений на небе, включая и открытия, сделанные с помощью телескопа. На вопрос Симпличио, каким же образом в системе Коперника устраняются несоответствия геоцентрической системы, Сальвиати дает следующий замечательный ответ (который является одним из немногих в «Диалоге» мест, где обсуждается кинематическая схема Птолемея):

«У Птолемея мы находим болезни, а у Коперника — лекарство от них. Во-первых, разве не назовут все философские школы великой несообразностью то, что тело, естественно движущееся по кругу, движется неравномерно вокруг собственного центра и равномерно вокруг другой точки? И все же такие уродливые движения существуют в построениях Птолемея; у Коперника же все тела движутся равномерно вокруг собственного центра. У Птолемея небесным телам нужно приписывать противоположные движения и заставлять их всех двигаться с востока на запад и вместе с тем с запада на восток, в то время как у Коперника все небесные обращения совершаются в одном направлении от захода к восходу. И что скажем мы о видимом движении планет, столь уродливом, что они не только движутся то быстро, то медленнее, но иногда совсем останавливаются и даже возвращаются далеко назад? Чтобы объяснить такое явление, Птолемей ввел множество эпициклов, назначив их один за другим для каждой планеты с особыми правилами несогласованных движений; все они устраняются одним чрезвычайно простым движением Земли. И не назовете ли вы, синьор Симпличио, величайшим абсурдом то, что в построении Птолемея, где для каждой планеты намечены собственные орбиты, одна выше другой, слишком часто приходится отмечать, как Марс, помещенный над сферой Солнца, падает настолько, что, прорывая солнечную орбиту, опускается ниже нее и приближается к Земле больше, чем солнечное тело, и немного спустя опять поднимается чрезмерно высоко? А эта и другие несообразности чрезвычайно легко устраняются годовым движением Земли» [16, I, с. 437].