Галилей побеждает Аристотеля

Главным интеллектуальным событием раннего Возрождения было открытие классической греческой философии, особенно работ Аристотеля. Греческое интеллектуальное наследие было сохранено в Средние века арабской цивилизацией, которая вплоть до 13 века имела все права смотреть на Европу как на варварское захолустье. На ранних стадиях европейского «выздоровления» такие ученые, как Святой Фома Аквинский, из идей греческой мысли сформировали всеобъемлющую картину мира под названием схоластика (схоластицизм). К греческим достижениям в физике схоластики добавили мало, т.к. их более всего интересовали философия морали и богословие (теология).

Греческий вклад в изучение движения был скромен, греки сосредотачивались на проблемах статики. Поэтому схоластическая философия природы подчеркивала статический порядок Вселенной (нахождение каждого объекта на своем месте). Это показывало мудрость Создателя. Движение рассматривалось временным и, по-видимому, неестественным состоянием, изучение которого не бесполезно, но, конечно, вторично по важности. Камень падает потому, что ищет свое естественное место на земле, пламя стремится вверх, чтобы соединиться с божественным огнем звезд. Выяснять беспорядочные количественные детали таких процессов, когда их более важная космическая роль уже хорошо понята, считалось схоластиками бесплодным занятием. За три века от Фомы Аквинского до Галилея схоластика застыла в жесткую догму почти Священного писания. Её защитники самодовольно полагали, что она охватывает почти всё, что стоит знать, и респектабельные ученые проводили свою жизнь, близоруко изучая каждое слово Аристотеля.

Было бы несправедливо, однако, обвинять Аристотеля или же его средневековых последователей за игнорирование экспериментальных доказательств. Аристотель был аккуратным систематиком и наблюдателем, который верил, что в Природе существует порядок, ожидающий, что его обнаружат при наблюдении, сравнении и классификации. Великие описательные науки 19 века, такие как ботаника и зоология, были полностью аристотелевскими по их методологии.

Однако методы Галилея были более тонкими. Его записи обнаруживают, что он был замечательно искусным экспериментатором. Но, в отличие от современных подражателей Галилея, он не признавал эксперимент окончательным критерием истины. Галилей считал себя последователем Платона, полагая, что порядок существует не в природе, а в голове человека. Только чистый Разум способен подняться над чувствами, склонными к ошибкам, для того чтобы открыть высшую реальность, более совершенную, чем та, которую можно найти в самой Природе.

Но платонизм Галилея имел эмпирическую окраску. Из личного опыта он знал, что чистый разум, не подкрепленный чувствами, может увести очень далеко от истины. Тщательные наблюдения – верный способ устранить ошибки и вернуть разум на верный путь. Эксперименты также полезны и для того, чтобы убедить сомневающихся, которые не хотят следовать аргументам, или же просто упрямы, чтобы принять их. Но Галилей никогда не надеялся, что природа сама идеально выражает высокие истины науки, или что она открывает их пассивному наблюдателю. Но при тщательно выбранных условиях, отклонения от идеального состояния можно сделать достаточно малыми, чтобы их благополучно не учитывать. Именно эта любопытная напряженность между эмпиризмом и идеализмом делает возможным современную экспериментальную науку, освобождая ученых, стремящихся к высшей истине, от близорукого копания в деталях.

Аристотель не полностью игнорировал движение. В частности, он сформулировал количественное описание движения падающих объектов. Он утверждал, что если сравнить тела, падающие в одной и той же среде, то окажется, что они падают со скоростями, пропорциональными их весам.

С точки зрения физика, это была очень хорошая гипотеза, и не потому, что была правильной, но потому, что могла быть или очень правильной, или очень ложной. Количественное утверждение, подобное сделанному Аристотелем, ценно именно потому, что оно реально подвергает теорию испытанию. Если бы я просто предсказал, что солнце завтра взойдет, это утверждение едва ли вызвало большой ажиотаж. Но если я предскажу, что оно взойдет точно на 1 минуту 32 секунды позже, чем сегодня, меня легко проверить с помощью часов. Кардинальное положение научного метода заключается в том, что гипотеза полезна, только если она может быть, в принципе, опровергнута. Непроверяемые спекуляции считаются «ненаучными».

Опровержение закона падения Аристотеля не потребовало больших усилий от Галилея, т.к. некоторые выводы Аристотеля настолько ошибочны, что могут быть легко опровергнуты. В самом деле, их ложность была осознана еще в шестом веке философом Джоном Филопонусом. Поэтому, считая каждое слово Аристотеля почти таким же авторитетным, как слова Святого Писания, схоласты оказывались уязвимыми для критики при обращении к ежедневному опыту. В следующием отрывке из «Двух новых наук» Галилея, Сальвиати, говорящий от имени автора, дает именно такую критику в диалоге с незадачливым простаком Симплицио и третьим собеседником Сагредо, благоразумным интеллектуалом и одновременно практичным гуманистом, очень похожим на тех, кто составлял итальянскую аудиторию Галилея.

«Сальвиати: Я очень сомневаюсь, что Аристотель экспериментально проверял, действительно ли два камня, отличающиеся по весу в десять раз, при одновременном падении с высоты 100 кубитов (150 футов, или 50 м) будут так отличаться скоростями, что когда тяжелый упадет на землю, другой будет еще на высоте более 10 кубитов (45 метров).

Симплицио: Его язык как будто указывает, что эксперимент был. Он говорит: «Мы видим более тяжелый …» и слово «видим» указывает на то, что он проделал эксперимент.

Сагредо: Но, Симплицио, я провел испытание и могу уверить вас, что пушечное ядро, весящее 100, 200 и более фунтов, опередит мушкетную пулю весом полфунта не более чем на пядь (десять дюймов)».

Отрывок дает великолепный пример «юридического» стиля Галилея. Теория Аристотеля опровергается не просто по содержанию, но автор при этом не может устоять перед соблазном задеть методы классической учености, задержавшись на чрезмерном и комичном интересе Симплицио к точному значению каждого слова Аристотеля. К несчастью, эта форма ученой мелочности все еще не вымерла, и любой студент может удостоверить это.

Аристотель утверждал также, что свободно падающее тело мгновенно приобретает скорость. Сравнительно простой аргумент позволяет освободиться и от этого предсказания.

«Сальвиати: Но скажите мне, джентльмены, разве не очевидно, что если колода падает на сваю с высоты 4-х кубитов (6 футов), забивая ее в землю, скажем, на 4 пальца, то, падая с высоты двух кубитов, она забьет сваю на гораздо меньшую глубину. Ну а с высоты в один кубит еще меньше. Наконец, если колода будет поднята только на толщину пальца, на много ли будет отличаться результат, если её просто положат на столб без удара? А так как эффект удара зависит от скорости ударяющего тела, может ли кто-либо сомневаться, что движение ничтожно, если эффект неощутим?»

Конечно, доводы Сальвиати зависят от недоказанного (но вполне разумного) предположения, что скорость падающей колоды определяет эффективность забивания сваи. Но как объяснить это явление в понятиях Аристотеля, где высота падения не играет никакой роли?

Однако разрушать всегда легче, чем строить, и у Аристотеля и без того было много критиков. Галилей же завоевал свое уважаемое место в современной науке, предложив собственное описание движения падающих тел: «В среде, полностью лишенной сопротивления, все тела будут падать с одной и той же скоростью…За равные промежутки времени падающее тело получает одинаковое приращение скорости». Слова «полностью лишённая сопротивления» крайне важны в этом описании. Они представляют идеализацию, которая и привела Галилея к успеху. Они дают возможность объяснить наблюдение Симплицио (см. эпиграф к этой главе), что более тяжелые тела на самом деле падают немного быстрее. Эти слова Галилея были смелой инновацией, поскольку «полностью лишённая сопротивления» среда предполагает вакуум, в котором происходит движение. Во времена Галилея не только практически достигнуть вакуума было невозможно, но и преобладающая в то время научная мысль рассматривала вакуум как самое неестественное состояние: «природа не терпит пустоты». Более того, некоторые античные мыслители считали, что среда, в которой движется тело, сама создает движущую силу. Симплицио в одном месте книги Галилея даже выражает сомнение в том, что движение в вакууме вообще возможно.

Галилей не мог высокомерно пропустить возражение Симплицио. Перья, в самом деле, падали более медленно, чем пушечные ядра. Галилей был уверен, что этот эффект вызван замедлением движения средой, но убедительно доказать это было выше его возможностей. Он был вынужден предложить аргументы, которые делали это утверждение правдоподобным.

«Разве вы не замечали, что два тела, которые падают в воде со скоростями, отличающимися в 100 раз, в воздухе будут падать с практически равными скоростями, так что одно тело не обгоняет другое даже на сотую часть? Так, например, яйцо из мрамора будет опускаться в воде в 100 раз быстрее, чем яйцо курицы, в то время как в воздухе, падая с высоты 20 кубитов, оно будет падать рядом с куриным, не обгоняя его более чем на 4 пальца».

Короче, если отклонения от закона больше в плотной среде, чем в разреженной, разве не логично предположить, что они полностью исчезнут, если сама среда будет отсутствовать? Конечно, всегда предпочтительнее дать строгое и точное объяснение отклонений от выдвинутого научного утверждения, но если это невозможно, аргумент, подобный приведённому выше, обычно выглядит достаточно убедительно. Наука далеко не так абсолютна в своем требовании согласия теории с экспериментом, как обычно считается. И сегодня практически все современные научные статьи содержат в некоторых местах аргументацию, подобную использованной Галилеем в приведенном случае.

Как последний штрих, заметим, что Галилей настаивал самым решительным образом, чтобы вопрос о возможности или невозможности существования вакуума не связывали со справедливостью его закона. Это очень современная точка зрения на идеализированный объект, и в то же время очень древняя, со времен Платона и Сократа. Природа может быть постигнута в понятиях, приближенных к идеальному состоянию, даже если это состояние не может существовать в природе.

Самая радикальная проверка закона Галилея касается утверждения, что скорость возрастает со временем падения. Чтобы продемонстрировать это, ему пришлось изобрести основы современного математического языка для описания движения. Это, действительно, начало координат современной физики, и мы должны здесь остановиться, чтобы развить необходимые понятия.