Глава 1. Падение тел и рождение механики.

Симплицио: Ваша дискуссия в самом деле превосходна; но всё-таки я не могу поверить, что дробина будет падать также быстро, как пушечное ядро.

Сальвиати: Почему не сказать, песчинка и жернов?… Но я верю, Симплицио, что вы не последуете примеру тех многих, кто хочет отвлечь дискуссию от ее главной цели…

(Галилей, «Две новые науки»)

Разумно датировать рождение «современной» физики 1636 годом, годом публикации книги «Две новые науки» Галилея. Название отсылает к двум исследованиям, одно по прочности материалов, другое по механике, науке о движении. В случае механики, выдающимся достижением Галилея было успешное количественное описание движения свободно падающих тел. Это описание было не только исчерпывающе точным, но оно впервые ввело количественную меру изменений состояния движения, т.е. современное понятие ускорения. Позднее сэр Исаак Ньютон нашёл этому понятию должное применение.

В учебниках по истории Галилей часто изображается как одинокий мыслитель, единственный объективный наблюдатель среди толпы дураков, желающих верить авторитету древних философов, а не своим собственным глазам. Но если вам предложат выбрать наобум десять любых предметов из комнаты, в которой вы сидите, и выбросить их из окна, то только некоторые из них будут падать так, как описал Галилей. Его описание свободного падения было гениальной идеализацией, которая пренебрегала сложностью, свойственной падению реальных объектов. Его оппоненты придерживались описания, унаследованного от Аристотеля. Хотя это описание имело серьёзные изъяны, но во многих случаях падения оно было ближе к описанию реального явления, чем галилеевское. Однако если интуиция Аристотеля была счастливой опытной догадкой, но научным тупиком, то Галилей сделал гигантский шаг вперед к глубокому пониманию движения.

Первый современный физик

Галилео жил с 1564 года, года рождения Шекспира и смерти Микеланджело, до 1642 года, года рождения Ньютона. Родился в Пизе в достаточно благородной, но бедной тосканской семье. Его отец, музыкант и ученый-любитель, написавший один из первых трактатов по гармонии, надеялся, что его умный сын сможет вернуть семье благополучие с помощью медицинской карьеры. Но в университете Галилео был очарован математикой, тогда, как и ныне, менее доходной профессией.

Хотя он и является героем для всех современных ученых, даже его самые большие обожатели должны признать, что Галилей был часто груб, драчлив и избалован. Иногда был недобросовестен в поисках своего преимущества, мог приписать себе работу других.

Традиция рисует его пресыщенным кавалером, который живет хвастливо, чаруя своих друзей и возмущая врагов. Он имел замечательный дар письменного слова и не мог сопротивляться соблазну включать в свои работы элегантные оскорбления в адрес оппонентов. Короче, он был, в полном смысле, человеком позднего Возрождения.

Подобно большинству современных ученых Галилей достиг наибольших успехов в сравнительно молодые годы. Эти годы совпадали с периодом его работы профессором математики в университете г. Падуя, и пост этот он занимал с 28 до 46 лет. Либеральная атмосфера республики Венеция, в которой Падуя была вторым городом, была гостеприимной для мыслителей галилеевского стиля. А университет в Падуе и соседний в Болонье, два старейших в Италии, были практически единственными школами в мире, где натуральная философия, как тогда называли физическую науку, изучалась серьезно. Он был вынужден бежать из родной Пизы, где больше ценились ортодоксы, и оскорбления в адрес уважаемых коллег-ученых не допускались. Но в зрелые годы Галилея, Козимо Медичи, его бывший ученик, который тогда правил Тосканой, соблазнил его вернуться. Приманкой были беспрецедентное по размеру жалованье и свобода от формальных учебных обязанностей. Таким образом, академическая карьера Галилея была также современна, как и его научный метод.

Независимость Галилея подверглась суровому испытанию в утонченной политической атмосфере флорентийского двора. В течение шести лет его могущественные враги умело использовали истерический ответ римской церкви на протестантскую Реформацию, добившись эдикта, осуждающего работу Галилея в поддержку гелиоцентрической модели мира Николая Коперника. Но с человеком такой высокой репутации, как у Галилео, церкви было нежелательно действовать бесцеремонно. Эдикт был чуть больше, чем досадная неприятность, принуждающая его считать теорию Коперника гипотезой, к которой он не обязан был присоединяться. С приходом на папский престол его давнего друга кардинала Барберини (Урбан VIII) Галилей ободрился. Казалось, что представлялся шанс достигнуть вершины карьеры, принудив церковь признать, если не принять, гелиоцентрическую вселенную. И поэтому он публикует в 1632 году свой «Диалог о великих мировых системах». Работа шумно приветствовалась со дня ее публикации, и ее тон был вершиной язвительности Галилея. Книга была построена как платоновский диалог, что само было оскорблением для ученых того времени, которые благоговели перед Аристотелем и подражали его осторожному аналитическому стилю. Более того, их лучшие аргументы были приписаны персонажу по имени Симплицио, деревенщине, с которым Галилео обращался довольно грубо.

Урбан VIII был озабочен личными амбициями и неудачными действиями в тридцатилетней войне. Это заставляло его искать союза с протестантскими князьями (принцами). В результате он оказался не в силах помочь старому другу со спорными убеждениями. Кроме того, враги нашептывали Урбану, что Симплицио – карикатура на него. Так что Папа отошел в сторону и предоставил инквизиции делать свое дело. Под угрозой пыток Галилей отрекся от своих еретических взглядов. Последние 10 лет жизни он провел под наблюдением Церкви, хотя его работы появлялись за границей в изданиях, которые он был обязан осуждать. В это время была опубликована и его самая знаменитая работа «Две новые науки».

Читая работу Галилея, физик нашего времени без труда распознал бы в нем коллегу, чей стиль мышления и аргументы абсолютно современны. Если бы машина времени перенесла Галилея в университетскую физическую лабораторию двадцатого века, легко представить, что он принялся бы работать над самыми интересными вопросами. Более чем вероятно, что деканы, администрация и большинство коллег показались бы ему такими же отвратительными как их флорентийские двойники. Его оценка эксперимента и нежелание поднимать вопросы, более общие, чем экспериментальные результат, полностью соответствуют правилам, которые заучивают молодые исследователи при соискании ученой степени кандидата наук.

Время, в котором работал Галилей, было благоприятным для развития естественных наук. Пóзднее Возрождение подняло социальный статус светских ученых. Недавнее изобретение книгопечатания открыло дорогу широкому и быстрому распространению новых идей. Это разрушило монополию образования в академиях и монастырях, где тесный персональный контакт и отсутствие светской поддержки помогали держать оригинально мыслящих ученых в узде. Широкий гуманизм с безграничной верой в силу человеческого разума и языческая любовь к жизни составляли дух времени. Галилей имел смелость печатать свои издания на разговорном итальянском языке вместо латинского языка респектабельных ученых. Его оппоненты, конечно, восприняли это как насмешку; Галилей не оставлял времени для дебатов с ученым истеблишментом, считая широкую аудиторию более непредубежденной, чем академические авторитеты. Даже сегодня ученый, решивший продвигать свои взгляды в ежедневной прессе после неприятия их в академических кругах, будет иметь неприятности.

Отвергаемый академическим истеблишментом стиль работы Галилея хорошо соответствовал времени. Группа ученых со сходными методами работы сформировала несколько новых научных организаций. Галилей был членом одной из них, Академии Линцеи, которая напоминала одновременно и научное общество и тайное братство. Члены академии встречались за обедом, обсуждали работы, поощряли научную переписку, помогали своим членам и протеже публиковать свои труды. Мыслители этой категории имели много возможностей получать финансовую помощь, частично из-за общей интеллектуальной атмосферы в обществе, частично потому, что они первыми стали соединять естественные науки с практическими задачами ремесел, создавая, таким образом, современные связи между наукой и технологией.