Жизнь науки

Капица С. П.

II. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ XVII ВЕКА

ГАЛИЛЕЙ

(1564—1642)

Галилео Галилей принадлежал к старинному, но обедневшему патрицианскому роду. Он родился в Пизе и большую часть своей долгой жизни прожил на севере Италии, лишь изредка посещая Рим. Одиннадцати лет вместе с отцом, известным музыкантом своего времени, он переехал во Флоренцию, где был отдан на воспитание в монастырь Валломброса. Раннее изучение греческого и латыни, несомненно, способствовало развитию блестящего литературного стиля Галилея. Однако под предлогом болезни глаз отец забрал сына из монастыря, и в 17 лет Галилей стал студентом медицинского факультета Пизанского университета. Здесь он впервые столкнулся с физикой Аристотеля; увлекшись механикой и математикой, Галилей оставил медицину. Вскоре он вернулся во Флоренцию, где провел несколько лет, занимаясь математикой. По совету отца он изучает Эвклида и Архимеда, и именно

труды этих великих мыслителей древности оказали решающее влияние на формирование Галилея как ученого. К этому времени относятся его первые работы по гидростатике, приведшие к изобретению весов для определения удельного веса сплавов, и теоретические исследования о центре тяжести тел.

В 1589 г. Галилей получил кафедру математики в Пизе, а три года спустя он переехал в Падую и затем в Венецию. Этот период стал временем наивысшего творческого расцвета Галилея, период, который 30-летний профессор считал счастливейшим в своей жизни. К этому времени относятся его основополагающие исследования по механике: им был открыт изохронизм колебаний маятника, изобретен пропорциональный циркуль; в эти годы Галилей стал сторонником и пропагандистом системы Коперника. В Венеции он встретил девушку из простой семьи Марину Гамбу, от которой впоследствии у него было две дочери и сын; брак их не считался тогда законным.

Замечательным для наблюдательной астрономии стал 1609 год, когда Галилей впервые направил на небо построенную им зрительную трубу. Поразительные результаты наблюдений были незамедлительно опубликованы Галилеем в сочинении, торжественно озаглавленном «Звездный вестник».

Слава Галилея росла. С башни собора св. Марка Галилей демонстрировал звездное небо венецианскому дожу. Он стал «Первым философом и математиком Великого Герцога Тосканы» при дворе Козимо II Медичи. Поездка Галилея в 1611 г. в Рим была триумфальной. Ватикан принял его благосклонно и доброжелательно. Галилеи становится членом незадолго до этого учрежденной Папской Академии дей Линчеи (Рысьеглазых). Коперниковские взгляды Галилея никто не запрещает. Но вскоре общая историческая обстановка времени, связанная, в первую очередь, с ростом контрреформации, с обострением политической борьбы между Папой и протестантами, привела и к обострению борьбы идеологической. Недаром еще Лютер указывал на терпимость Рима к учению Коперника как на пример отступничества и упадка веры. Ватикан начал действовать.

В 1616 г. конгрегация из 11 доминиканцев и иезуитов объявляет учение Коперника нелепым и еретичным. Книга Коперника запрещается, а Галилею частным образом указали на недопустимость защиты этого учения. В 1623 г. на папский престол избирается Маффео Барберини, ставший Папой Урбаном VIII. Бывший кардинал был дружен с Галилеем и оказывал ему внимание; в этой обстановке Галилей считал возможным выступить с пропагандой коперниковского учения. В знаменитом «Диалоге о двух главнейших системах мира» (1637) учение Птолемея и Коперника развивается в виде беседы Сагредо, Сальвиати (двух друзей Галилея) и Симпличо (простака). Несмотря на наличие всех формальных цензурных разрешений на публикацию и даже устного согласия Папы, инквизиция потребовала суда над Галилеем. 69-летнего ученого вызвали в Рим. После четырех дней допроса и угрозы пыткой Галилея заставили произнести публичное отречение от учения Коперника. «Диалог» стал запрещенной книгой, а ее автор - пожизненным «узником инквизиции».

Галилеи сначала жил в Риме в доме герцога Тосканского. Ему были запрещены разговоры и рассуждения о движении Земли, не разрешались встречи с иностранцами. Тем не менее в Голландии выходит латинский перевод «Диалога», появляются рассуждения Галилея об отношении Библии и естествознания. В 1638 г. в Голландии выходит, быть может, самая замечательная, по существу, итоговая книга Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки».

В 1637 г. Галилей ослеп, еще раньше умерла его любимая старшая дочь, ухаживавшая за ним. Он умер вблизи Флоренции на руках своих учеников Вивиани и Торричелли. Там же на вилле Арчетри его похоронили, и только через 95 лет была исполнена последняя воля Галилея - его прах перенесен в церковь Санта Кроче во Флоренции, где он покоится рядом с Микельанджело. Только недавно, в 1971 г., католическая церковь отменила решение об осуждении Галилея.

Из обширного и блестяще написанного научного наследия Галилея мы приводим введение к его ранней работе «Механика» (1600), посвящение и вводный параграф «Звездного вестника» и посвящение и обращение к читателю, с которых начинаются «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки».

МЕХАНИКА О ПОЛЬЗЕ, КОТОРАЯ ИЗВЛЕКАЕТСЯ ИЗ МЕХАНИКИ И ЕЕ ОРУДИЙ

Мне думается, что прежде чем переходить к рассуждениям по поводу механических орудий, было бы чрезвычайно важно рассмотреть их в общем и уяснить себе, каковы те выгоды, которые получают от этих орудий; по-моему, это тем более следует сделать потому, что, насколько я наблюдал (если не ошибаюсь), механики часто заблуждаются, желая применить машины ко многим действиям, невозможным по самой своей природе, а в результате и сами оказываются обманутыми и в равной степени обманывают тех, кто исходил в своих надеждах .из их обещаний. Как мне кажется, я понял: главная причина подобных заблуждений - это уверенность, что такими приспособлениями всегда можно поднять и передвинуть при помощи незначительной силы громадные грузы, обманывая таким образом природу, стремление которой, я сказал бы даже, основа ее устройства, состоит в том, что никакое сопротивление нельзя преодолеть силой, менее мощной, чем оно само. Я надеюсь, что те точные и необходимые доказательства, которые мы получим в дальнейшем, сделают очевидным, насколько ошибочна такая уверенность.

Поскольку было отмечено, что польза, извлекаемая из машин, состоит вовсе не в том, чтобы при помощи машины перемещать малой силой такие грузы, которые мы не были бы в состоянии переместить одной только силой, считаю уместным объяснить, какие собственно выгоды получают от машин, так как, если нет надежды на какую-либо выгоду, то напрасно затрачивать труд на создание самих машин.

И вот, чтобы начать наши рассмотрения, надо принять во внимание четыре предмета: первый - это груз, который нужно перенести с места на место; второй - это сила или мощь, которая должна его перенести; третий - это расстояние между начальной и конечной точками перемещения; четвертый - это время, в течение которого должно

произойти перемещение; но время сводится к тому же, что и скорость, быстрота движения, ибо из двух движений за более быстрое принимается то движение, при котором данное расстояние проходят за меньшее время. Теперь, когда задано любое сопротивление, определена сила и указано любое расстояние, нет сомнения в том, что заданная сила переместит заданный груз на указанное расстояние. Ибо, даже если сила весьма мала, то, разделив груз на множество частей, из которых ни одна не превосходит силу, и, перенося эти части одну за другой, мы переместим в конце кондов весь груз на установленное расстояние; но по окончании действия следует сказать, что больший груз был сдвинут и перемещен не силой, меньшей, чем он сам, а силой, несколько раз повторившей то движение и прошедшей пространство, которое один только раз было пройдено всем грузом. Отсюда вытекает, что скорость силы во столько раз превосходит сопротивление груза, во сколько раз сам груз превосходит силу; однако из того, что за время, пока движущая сила несколько раз преодолевала расстояние между крайними точками движения, само перемещаемое тело прошло его только один раз, не следует все-таки делать вывод, что большое сопротивление оказалось преодоленным, вопреки устройству природы, малой силой. О преодолении сопротивления природы можно было бы говорить только в случае, если бы меньшая сила преодолела большее сопротивление с той же скоростью движения, с которой перемещается она сама; чего, как мы с полной уверенностью утверждаем, невозможно добиться при помощи какой бы то ни было машины, как изобретенной, так и такой, какую вообще возможно изобрести. Но поскольку иногда бывает необходимо, имея малую силу, переместить большой груз целиком, не разделяя его на части, то в таком случае приходится прибегать к машине, с помощью которой и перемещают предложенный груз на установленное расстояние; но при этом той же самой силе неизбежно придется преодолевать то же самое расстояние или другое, равное ему, столько раз, во сколько раз сам груз превосходит силу; так что в конце действия не получим от машины никакой пользы, кроме того, что она переместит данной силой на данное расстояние сразу весь тот груз, который, будучи разделен на части, был бы перемещен той же самой силой в течение того же самого времени на то же расстояние и без помощи машины. А именно это и должно расцениваться как одна из выгод, получаемая от механики, потому что действительно часто оказывается необходимым при недостатке силы, но не времени, перемещать целиком большие грузы. Но кто понадеется и попытается добиться при помощи машины того же результата, не замедляя движения перемещаемого тела, тот неизбежно окажется обманутым в своих надеждах и обнаружит непонимание как природы механических орудий, так и принципов их действия.

Другая выгода, получаемая от механических орудий, зависит от места, где их применяют, ибо не все механические орудия применяются с одинаковым удобством в любом месте.

Объясним нашу мысль примером: беря воду из колодца, мы пользуемся простой веревкой с привязанным к ней сосудом, который принимает и сохраняет то количество воды, какое мы можем вычерпать за определенное время нашими ограниченными силами; но кто воображает, что можно какой-либо машиной за то же самое время при помощи той же самой силы вычерпать большее количество воды, тот глубочайшим образом заблуждается. И тем чаще и глубже он будет заблуждаться, чем более разнообразные и многочисленные приспособления он будет измышлять. Но тем не менее мы видим, что воду извлекают и другими орудиями: так, например, для высушивания корабельного трюма используют помпы. Но здесь следует заметить, что помпы применяются с той же целью вовсе не потому, что они извлекают больше воды, чем это можно сделать за то же самое время и той же самой силой простым ведром, а только потому, что применение ведра или другого какого-либо подобного сосуда в этом месте не дало бы желаемого результата, т.е. полезного освобождения трюма от любого незначительного количества воды. Это вообще невозможно сделать ведром, так как оно погружается и черпает воду только там, где она стоит на достаточно высоком уровне. Мы видим, что при помощи той же помпы высушивают и погреба, откуда воду нельзя вычерпать иначе, как только наклонно, а действовать обычным ведром, которое поднимается и опускается на своей веревке перпендикулярно, невозможно.

Третья и, вероятно, наибольшая выгода среди других выгод, получаемых от механических орудий, связана с тем, что движет; движение может быть вызвано или какой-либо неодушевленной силой, например течением реки, или же одушевленной силой, расходы на содержание которой окажутся, однако, значительно меньше расходов, необходимых для поддержания силы человека. Так, например, используя для вращения жернова течение реки или силу лошади, добиваются такого же результата, для которого оказалась бы недостаточной мощь четырех или шести человек. Именно поэтому и удается нам извлекать выгоду при подъеме воды, а также совершать другие действия, которые люди выполняют и без специальных устройств. Так, ведь уже простым сосудом можно брать воду, поднимать ее и выливать там, где это необходимо; но поскольку лошадь или другой подобный двигатель обладает только избытком силы, но не умеет рассуждать и при нем нет приспособлений, устроенных для того, чтобы подхватывать сосуд, вовремя его опоражнивать, а затем снова возвращать для наполнения, то механику необходимо восполнить этот естественный недостаток двигателя, придумывая такие приспособления, при помощи которых удавалось бы добиться желаемого результата приложением только силы. В этом-то и заключается величайшая выгода: она не в том, что колеса или другие машины меньшей силой и с большей скоростью и на большем пространстве переносят тот самый груз, который могла бы перенести без применения орудий равная, но разумно и хорошо организованная сила, а в том, что падение воды ничего не стоит или стоит очень мало, а содержание лошади или другого какого-либо животного, сила которого превосходит силу восьми, а то и более человек, потребует гораздо меньше расходов, необходимых для содержания такого количества людей.

Итак, вот в чем выгода, которую получают от механических орудий, она не в том вовсе, о чем мечтают неразумные инженеры, думающие обмануть природу и только посрамляющие себя, стремясь применять машины для невыполнимых предприятий.

Из немногого, до сих пор сказанного, и из того, что в этом трактате доказано в дальнейшем, мы придем к тому же убеждению, если будем внимательно воспринимать все, что следует.

ЗВЕЗДНЫЙ ВЕСТНИК ПОСВЯЩАЕТСЯ КОЗИМО II МЕДИЧИ, ЧЕТВЕРТОМУ ГЕРЦОГУ ЭТРУРИИ