ОПЫТ ИЛИ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИТУАЦИИ

Roger Corcho Orrit

Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.

Наука. Величайшие теории – 9

«Наука. Величайшие теории: 9: Природа описывается формулами»: ООО «Де Агостини», ;

Аннотация

Гениальный ученый Галилео Галилей посвятил свою жизнь нескольким областям науки. Во-первых, он проводил астрономические наблюдения, благодаря которым сделал удивительные открытия фаз Венеры, спутников Юпитера, неровной поверхности Луны и пятен на Солнце. Во-вторых, он изучал движение тел. в результате чего поставил под сомнение всю аристотелевскую физику, господствовавшую в западной науке на протяжении 2000 лет. Но главной заслугой ученого, оставившей наиболее глубокий след в истории, стало его стремление даже под риском смерти на костре отстаивать новый способ изучения мира - научный метод, основанный на эмпирических фактах и математической точности.

Roger Corcho Orrit

Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.

Наука. Величайшие теории Выпуск № 9, 2015 Еженедельное издание

Пер. с итал. — М.: Де Агостини, 2015. — 160 с.

ISSN 2409-0069

Введение

В июле 1971 года космонавт Дэвид Скотт, командир экипажа миссии «Аполлон-15», ступив на поверхность Луны, проделал очень простой эксперимент, имевший при этом огромное историческое значение: он бросил с одной высоты молоток и перышко. Как и ожидалось, они коснулись поверхности Луны одновременно, что можно видеть на записи, сделанной для американского телевидения. После окончания эксперимента Скотт удовлетворенно сказал: «Галилей был прав».

Космонавт провел этот опыт в знак уважения к ученому-провидцу, который заложил основы современной физики и изучал падение тел с математической точки зрения. Это уважение основывается на множестве заслуг и достижений Галилея. При помощи телескопа он изучал небесные тела, в том числе лунные горы и долины. Его методический подход к исследованию природы сделал возможным технологический прорыв, который мы переживаем сегодня и который позволил, в частности, построить космические корабли для миссий «Аполлон». Как говорил Фрэнсис Бэкон, современник ученого, «природу можно покорить, только подчиняясь ей», а Галилею удалось найти способ и подчиниться природе, и покорить ее.

Он занимает особое место в истории науки благодаря значительному вкладу в самые разные ее области, такие как астрономия, физика, математика, не говоря уже о создании работ высокой художественной ценности. Галилей считается первым ученым в современном смысле этого слова. Сам Альберт Эйнштейн присвоил ему этот титул, сказав: «Все, что мы знаем о реальности, исходит из опыта и завершается им. Поскольку первым это понял Галилей [...], он и является отцом современной физики, а говоря начистоту, и всей современной науки».

Среди предшественников ученого особо выделяется Архимед, которого Галилей считал своим наставником. Он использовал учение древнего грека, чтобы впервые совместить математику с наблюдением и опытами. Таким образом ученый создал методологию, которая впоследствии широко распространилась. Ее квинтэссенция выражена Галилеем в известной метафоре: «Философия написана в величественной книге (я имею в виду Вселенную), которая постоянно открыта нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана же она на языке математики [...]». Новый метод вынуждал окружающий мир давать ясные ответы на поставленные вопросы без философских рассуждений о первопричинах, о которых все равно ничего не было известно. Так Галилей смог установить с природой плодотворный диалог, к которому человечество стремилось с давних времен. Изобретение научного метода было историческим прорывом и открыло дорогу к познанию мира.

Его эксперименты с шарами на наклонной поверхности и современные опыты с ускорением частиц отличаются лишь уровнем технической оснащенности. Общим в них является стремление к диалогу с природой, основанному на создании искусственных условий, которые можно воспроизвести нужное количество раз для проверки существующих гипотез.

Галилей не только радикально изменил методологический подход, но и как никто другой способствовал разрушению старых представлений о мироустройстве, основанных на геоцентризме. В то время Вселенная считалась конечной замкнутой сферой, состоящей из концентрических слоев, а в ее центре находилась Земля. В противовес этому упорядоченному космосу Коперник предложил альтернативный взгляд, гелиоцентризм, согласно которому в центре Вселенной расположено Солнце, а остальные планеты, в том числе и Земля, вращаются по орбитам вокруг него. Галилей с помощью рассуждений и наблюдений смог опровергнуть все возражения геоцентристов, и невероятное предположение о том, что Земля движется, стало считаться истинным. Однако ученый, внесший огромный вклад в разрушение старых представлений о мире, которые доминировали на протяжении 20 веков, потерпел поражение перед догматизмом и нетерпимостью, ничем не аргументированными. Но несмотря на это поражение ученый одержал победу, поскольку благодаря его исследованиям геоцентрическая модель навсегда отошла в прошлое, и последующие поколения приняли новое представление о Вселенной.

Его главным оружием в борьбе с геоцентризмом был телескоп. Для изучения небес ученый использовал открытое голландцами свойство линз увеличивать предметы. Перед его взором предстала бесконечная панорама, и число наблюдаемых звезд Млечного Пути возросло в разы, а Вселенная заполнилась новыми объектами. Галилею выпала огромная честь впервые созерцать спутники Юпитера, пятна на Солнце, горы на Луне. Он рассказал о своих открытиях в книгах, таких как Sidereus nuncius («Звездный вестник»), который стал одним из бестселлеров того времени, хотя надо помнить, что тираж каждого издания не превышал 500 копий. Сейчас «Вестник» считается самой авторитетной книгой XVII века — благодаря ей Галилею удалось привлечь внимание ученых, жаждавших узнать о последних открытиях в природе и Вселенной.

Слава о Галилее распространилась по всей Европе и покорила даже королевские дворцы. Если кто-то отрицал его открытия, ученый просто предлагал оппоненту подойти к телескопу и взглянуть в окуляр своими глазами. Наблюдение было лучшим аргументом, который убеждал сомневающихся быстрее, чем самые остроумные рассуждения.

Исторический период, в котором жил ученый, известен как эпоха научной революции, произошедшей в XVI-XVII веках. Хотя некоторые идеи были высказаны раньше, именно в этот период произошел резкий разрыв с прошлым, а наука стала отдельной областью мысли, отличной от традиционной натурфилософии. Галилей был одним из самых ярких представителей своего времени и лучше всего воплощал ценности этой революции. Он не был одинок; нельзя забывать о других астрономах и математиках, которые также способствовали распространению гелиоцентризма, заложили фундамент современной науки и прославили свое время. В их число входят, например, Коперник, открытия которого подтолкнули развитие науки и опрокинули старые представления, словно костяшки домино; Тихо Браге, Кеплер, философ Джордано Бруно, сожженный на костре за защиту еретических идей, таких как бесконечность Вселенной. Подобная угроза висела над всеми учеными того времени, а особенно над Галилеем, стоявшим во главе научного поиска.

Исаак Ньютон единодушно признан главным выразителем идей научной революции, поскольку он создал новую, полную и законченную физику. Его закон всемирного тяготения объединил два мира, которые, как считалось до этого, управлялись разными физическими правилами: идеальный мир звезд, с одной стороны, и бренный земной мир — с другой. Действительно, законам Ньютона подчинялось и падение яблок с деревьев, и движение Луны вокруг Земли. Однако, как говорил сам ученый, его открытия стали возможными только потому, что он стоял на «плечах гигантов». Без всякого сомнения, среди этих гигантов был и Галилей.

В своей последней работе, «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящиеся к механике и местному движению», Галилей положил начало новой науке о движении, кинематике, изучавшей равномерное и равноускоренное движение, и даже смог точно рассчитать параболическую траекторию снаряда. Большое значение имеют и его рассуждения о принципе инерции, которые Ньютон впоследствии включил в свою систему как первый закон, то есть фундаментальное правило.

Сейчас все студенты начинают изучение физики с идей, концепций и опытов, предложенных Галилеем. «Дерзай знать» (Sapere aude) — девиз, который, по мнению философа Иммануила Канта, лучше всего определял сущность Просвещения, но он так же прекрасно описывал и стремление, которое двигало Галилеем, и смысл всех его научных исследований. У героя нашей книги хватило смелости противостоять авторитету и славного Аристотеля, и грозной Церкви. В столкновении с господствующими идеями ученый использовал весь свой талант, чтобы найти подходящие аргументы и убедить скептиков. Он противостоял власти, которая видела в нем угрозу. Галилей боролся за истину и свободу и утверждал, что они не всегда описаны в известных книгах.

Церковь унизила ученого, заставила его отступить, однако в XX веке Иоанн Павел II решил пересмотреть дело Галилея. Комиссия, созданная для изучения исторического процесса против ученого, постановила, что приговор был несправедливым. Эта реабилитация резко контрастирует с удушающим контролем церковных властей над обществом в эпоху Возрождения.

Характерной чертой науки является то, что с ее развитием место человека в огромной Вселенной все время уменьшается. Гелиоцентризм стал первым большим «унижением» для человечества (поскольку ни Земля, ни, следовательно, человек, больше не были центром мироздания), а за ним последовали и другие, например дарвиновская теория естественного отбора.

Галилей считается не только одним из величайших ученых всех времен, но и одним из лучших писателей. В годы его жизни выбор языка для написания книг был непростой задачей. Латынь была академическим языком, которым ученые пользовались для публикации результатов, но это серьезно препятствовало приобщению к просвещенному миру широких масс. Самые бедные слои населения считались недостойными доступа к «культуре», которая была привилегией немногих избранных. Галилей же ясно понимал, что для успеха его идей они должны стать известны максимальному количеству людей. Он писал с таким непревзойденным блеском и талантом, что некоторые его тексты, например «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой», являются достоянием не только истории науки и философии, но и мировой литературы.

Астрономы уже давно не спорят о том, какое небесное тело находится в центре Вселенной. Сейчас разворачиваются дискуссии о существовании темной материи или энергии либо о еще более далеких горизонтах, например о возможном существовании бесконечного числа Вселенных, помимо нашей. Опыты становятся все более изощренными, и все больше областей жизни являются предметом научного исследования. Такие телескопы, как «Хаббл», позволяют получить немыслимые ранее изображения. Открываются миллионы планет, похожих на нашу. И именно Галилей заложил основы расцвета науки, который мы наблюдаем сейчас.

1564 15 февраля в Пизе в семье Винченцо Галилея родился Галилео Галилей, старший из шести детей.

1581 Галилей поступает на медицинский факультет Пизанского университета. Спустя четыре года он уходит из него, не закончив обучение.

1588 Будущий ученый предлагает свою кандидатуру на место профессора математики в университете Болоньи и получает отказ. Годом позже ему дают кафедру в Пизанском университете. В это же время он пишет диалог De Motu («О движении»).

1591 Умирает отец Галилея, и ученому приходится самому содержать всю семью.

1592 Галилей начинает работать в университете Падуи. Чтобы сводить концы с концами, он, помимо профессорской работы, дает частные уроки и пытается продать свои изобретения.

1600 У Галилея рождается первая дочь Вирджиния от Марины Гамба (вне брака).

1609 Галилей собирает телескоп и представляет его венецианскому сенату.

1610 Ученый открывает четыре спутника Юпитера, пишет «Звездный вестник». Козимо II Медичи назначает его своим философом и математиком. Галилей наблюдает новые объекты вокруг Сатурна.

1613 Публикует «Историю и демонстрацию солнечных пятен», в которой утверждает о существовании пятен на Солнце. Создает так называемые «Коперниковы записки», которые будут дополнены «Письмом Кристине Лотарингской». Их распространение вызовет большое смятение среди теологов.

1615 Монах-кармелит Паоло Фоскарини заявляет, что теория Коперника не противоречит религии. Инквизиция предъявляет Галилею обвинение.

1623 Галилей публикует «Пробирных дел мастера», в котором содержится важное описание научного метода.

1624 Папа Урбан VIII дает Галилею разрешение изложить в качестве гипотезы теорию Коперника.

1632 Галилей публикует «Диалог о двух главнейших системах мира...». Через несколько месяцев Инквизиция приговаривает его к пожизненному заключению, которое впоследствии смягчается до домашнего ареста.

1634 Умирает дочь Галилея, монахиня Мария Челеста.

1638 Галилей публикует «Беседы и математические доказательства...» — книгу, закладывающую основы современной физики.

1642 8 января в возрасте 77 лет ученый умирает на вилле в Арчетри.

ГЛАВА 1

Научный метод

Отличительной чертой научной деятельности является использование наблюдений и опытов, а также стремление систематизировать многообразие природы при помощи математики. Этот подход основан на методологии, главным разработчиком которой был Галилей.

На рубеже XVI и XVII веков, вдохновившись трудами Архимеда, он начал диалог с природой, выступив против традиционных методов, основанных главным образом на учении Аристотеля.

«Отрекаюсь, проклинаю, возненавидев вышеуказанную ересь, заблуждение или секту, не согласную со Святой Церковью», — этими словами астроном и математик Галилео Галилей перед судом Инквизиции отрекся от идей Коперника и от своих главных постулатов, согласно которым Солнце находилось в центре Вселенной, а Земля, низведенная до ранга обыкновенной планеты, вращалась вокруг него.

Шел 1633 год, Галилею было 69 лет, он был стар и болен. Эго унижение спасло жизнь ученому и избавило его от тюрьмы. Его приговорили к домашнему аресту, что, однако, не помешало ему работать и принимать посетителей.

Идеи Галилея разбились о стену невежества и нетерпимости властей того времени, главным образом религиозных. Но напрасно папа заставил Галилея встать на колени: то представление о мире, которое защищал пизанский ученый, было принято последующими поколениями.

Встреча с Инквизицией могла стать последней в жизни ученого, в которой и так было достаточно сложностей и споров, но все пошло иначе. Галилей, страдавший от артрита и заболевания глаз, впоследствии вызвавшего полную слепоту, написал, находясь под домашним арестом на вилле в Арчетри, около Флоренции, новый диалог — «Беседы и математические доказательства...», в котором представил новую науку о движении.

В начале третьего дня этого диалога Галилей описывает свои главные открытия и заключает:

«Справедливость этих положений [касательно равноускоренного движения и параболической траектории снарядов], а равно и многих других, не менее достойных изучения, будет мною в дальнейшем доказана; тем открывается путь к весьма обширной и важной науке, элементами которой будут эти наши труды; в ее глубокие тайны проникнут более проницательные, чем тот, умы тех, кто пойдет дальше»[1 Здесь и далее текст «Бесед...» в переводе С. Н. Долгова.].

Галилей знал, что был первопроходцем и что другие ученые продолжат его работу. Полвека спустя Исаак Ньютон опубликовал «Математические начала натуральной философии» (сочинение, многим обязанное Галилею) и подтвердил блестящую догадку ученого. И по сей день при введении в физику студенты изучают открытия Галилея о движении с ускорением.

Новая научная истина побеждает не потому, что ей удается убедить своих оппонентов, но потому, что оппоненты постепенно умирают, и вырастает новое поколение, уже привыкшее к ней.

Макс Планк о трудностях, которые приходится преодолевать новым идеям, чтобы ДОБИТЬСЯ ПРИЗНАНИЯ

Но почему Католическая церковь почувствовала угрозу в теории Галилея? В обвинении Инквизиции говорится прямо: теория движения Земли, которую защищал ученый, противоречит Библии, где сказано о Земле неподвижной. Ставя под вопрос утверждение, являющееся для теологов вопросом веры, Галилей получил обвинение в ереси. И все-таки его столкновение с Церковью имело более глубокие причины, поскольку ученый оспаривал саму роль, которую взяла на себя религия в определении истины. Галилей предложил новое понимание познания и новые способы его достижения — в этом и заключается революционный характер научных исканий Галилея, из-за которого его невзлюбили теологи и власти предержащие, заставившие в конце концов пасть дерзкого ученого на колени.

Историк науки Александр Койре (1892-1964) также подчеркивает революционный характер трудов Галилея, отмечая, что тот хотел не «критиковать и громить определенные ошибочные теории с целью их исправления или замены лучшими теориями. Им предстояло... выработать новое понятие познания, новое понятие науки — и даже заменить представляющуюся столь естественной точку зрения здравого смысла другой, в корне от него отличной»[2 Перевод с французского Я. А. Ляткера.].

Христианская теология, вслед за Фомой Аквинским (ок. 1225-1274), объединила библейские истины, считающиеся бесспорными, и философское учение Аристотеля (384-322 до н.э.), адаптируя и перерабатывая тезисы, которые казались им противоречивыми. Например, положение о вечности природы было заменено на создание Вселенной так, как об этом сказано в Книге Бытия. Так было сформировано представление о мире, обладающее сложной структурой и развитым концептуальным аппаратом и дающее ответы на любые вопросы. Аристотель и Библия были той интеллектуальной почвой, неизменной и бесплодной, которую Галилей должен был вспахать, чтобы посеять семена абсолютно нового метода.

ПОЗНАНИЕ ПО АРИСТОТЕЛЮ

Аристотель хотел не только объяснить все в мире, но и определить, что считается правильной аргументацией, что такое знание и как его можно достичь. Все конкретное и частное, то есть то, что воспринимается органами чувств, является началом познания, трамплином, позволяющим вознестись к общему, в котором и содержится истинное знание. Аристотель не отрицал важность наблюдения, а напротив, сделал его основой науки.

Это было одновременно и сильным, и слабым местом его теории: современная наука появилась, когда стало ясно, что знание должно основываться на принципах, не ограниченных здравым смыслом, как, например, принцип инерции. Интуиция и наблюдение приводили к ошибочным выводам (впрочем, неизбежным): например, что Земля неподвижна.

Процесс познания, согласно Аристотелю, должен идти от частного к общему, то есть состоять в индукции. Мудрец, способный совершить этот переход, был в состоянии понять причины и принципы явлений. С помощью структуры причинности — с четырьмя типами причин: движущей, формальной, материальной и конечной — можно было достичь универсального и безошибочного знания. В действительности это было невозможно, поскольку, как впоследствии показал Галилей, представления Аристотеля о мире были фантазией.

Аристотель предлагал прибегать к методу дедукции и силлогизмам. При этом выводы из умозаключений подавались как истина в конечной инстанции, не оставляя места сомнениям или другим вариантам. Дедукция позволяла отбросить любое альтернативное мнение. Она могла стать оружием, способным монополизировать мир знаний.

Аристотель считал, что математика способна помочь в изучении свойств предметов, например их размеров, но данные, полученные с ее помощью, второстепенны. Математика никогда не затрагивает сути и не достигает уровня обобщения. А наука Аристотеля, больше подходившая для биологии, чем для физики, была качественной и концептуальной. Вплоть до эпохи Возрождения изучающий природу человек считался натурфилософом, эрудитом, которому для познания мира нужна не математика, а концептуальный аппарат Аристотеля.

Еще одна особенность такого мировоззрения заключалась в отсутствии внимания к технической стороне познания, то есть к тому, что не поднималось до уровня причин и принципов, а оставалось на земле, было практическим опытом, получаемым методом проб и ошибок. Это конкретное знание было уделом ремесленников, а не мудрецов.

ДВА РАЗНЫХ ВЗГЛЯДА НА МИР

Великий живописец эпохи Возрождения, Рафаэль Санти (1483-1520), в своей фреске «Афинская школа» (1508-1511) наглядно изобразил различия между двумя великими мыслителями античности: Платоном (428/427-347 до н.э.) и Аристотелем. На фреске изображен процесс рационального поиска истины — излюбленная тема той эпохи. Оба персонажа расположены в центре композиции. Платон держит в руке свой трактат «Тимей» и указывает пальцем вверх, а Аристотель — свое сочинение «Этика», другой рукой указывая вперед, причем ладонь его обращена вниз. Рафаэль использовал здесь свой традиционный прием, передав самые сложные идеи с помощью простых образов, и в этих жестах обоих философов выразил всю сущность их учений. Так, небо, на которое указывает Платон, символизирует мир идей, а земля в случае с Аристотелем — его реализм. Платон показывает свое пренебрежение к миру теней, окружающему его: он верил в идеальный мир, где обретались вечные сущности, а Аристотель, напротив, обращается именно к земному миру, с которого и начинается познание.

Фрагмент «Афинской школы» Рафаэля, на которой изображены центральные фигуры композиции. Платон слева, Аристотель справа.

БЭКОН, ДЕКАРТ, ГАЛИЛЕЙ

В противовес бесплодной культурной традиции университов, носителями которой были представители профессорской элиты, далекие от практических знаний, в эпоху Возрождения возник постоянно растущий интерес к тому, что происходило вне учебных аудиторий, например к ремесленным мастерским. Там изготавливали и шлифовали линзы, работали с металлом и иногда наблюдали удивительные свойства предметов, например магнитов (которыми позже заинтересовался и Галилей). Ремесленникам открывалось множество неведомых явлений.

Когда философия отдаляется от своих корней, находящихся в опыте, где она родилась и выросла, то она умирает.

Фрэнсис Бэкон

Ремесленники обладали огромными практическими знаниями. Ученые систематизировали их, опубликовали и распространили среди широкой публики.

Хотя труды Аристотеля и оставались основным интеллектуальным ориентиром для каждого молодого ученого и гуманиста, открытие новых материалов и изучение новых явлений, наблюдаемых ремесленниками, в конце концов вынудило мыслителей пересмотреть наследие античного мудреца. Практически одновременно три человека — англичанин Фрэнсис Бэкон, француз Рене Декарт и итальянец Галилео Галилей — независимо друг от друга поставили под сомнение его предпосылки, положения и выводы. Эти ученые единым фронтом выступили против Аристотеля, хотя критиковали разные аспекты его мировоззрения.

БЭКОН

Фрэнсис Бэкон (1561-1626) критиковал презрительное отношение Аристотеля к знаниям ремесленников и утверждал, что разделение между культурной и ремесленной традицией «внесло беспорядок» во все сферы человеческого познания. Он также упрекал последователей Аристотеля в том, что они отстаивают свои утверждения исключительно с помощью дедукции, забывая о связи с действительностью (и в этом его поддержал бы сам Аристотель).

По мнению Бэкона, данные, полученные опытным путем, сырые и несистематизированные, но их накопление ведет к определенному прогрессу. Натурфилософия, напротив, вначале ослепила всех своим светом, но теперь этот свет мешает ее дальнейшему развитию:

«Механические искусства (с тех пор как они привлекли к себе внимание), как бы исполненные некоего дыхания, постоянно крепнут и возрастают. В своем непрерывном возвышении они вначале кажутся грубыми, затем оцениваются как полезные и наконец становятся почитаемыми».

Таким образом, Бэкон подвергает сомнению правомерность разделения между наукой и техникой, между точным знанием первопричин и практическим знанием, основанным на пробах и ошибках.

ДЕКАРТ

Рене Декарт (Картезий) также выступал за свободу мысли и отказ от авторитетов при познании истины. Он стремился мыслить самостоятельно, опираясь на рационалистический метод, с помощью которого можно было строгим образом получить любое знание. Оно должно было основываться на очевидных, ясных и четких предположениях и дальнейшем анализе и синтезе. Дополняла эту философскую базу его твердая убежденность в важности математического взгляда на мир. Не лишним будет напомнить, что его знаменитое «Рассуждение о методе, чтобы верно направлять свой разум и отыскивать истину в науках» на самом деле было предисловием к статьям по геометрии, математике и физике.

РЕНЕ ДЕКАРТ

Декарт (Картезий) (1596-1650) происходил из дворянской семьи. Родился в городе Лаз (провинция города Турень, Франция) и учился в иезуитском колледже в Ла Флеш, основанном Генрихом IV. Там он изучал математику и получил серьезное классическое образование, в частности по схоластической философии, в конце концов разочаровавшей его из-за расхождений выводов разных авторов. Во время Тридцатилетней войны завербовался в полк Морица Оранского (1567- 1625). Однажды зимой, когда Декарт сидел в закрытой комнате рядом с печкой, ему три раза приснилось, что он нашел метод, позволяющий достичь истинного знания мироустройства, такой же точный, как математические вычисления. Оставив военное поприще, Декарт начал путешествовать и жил в разных странах Европы: Дании, Германии, Франции, Италии. Затем он переехал в Париж, где в течение нескольких лет разрабатывал свой метод, который был описан в «Рассуждении о методе...», опубликованном только в 1637 году, после переезда Декарта в Нидерланды, славившиеся своей толерантностью. В одном из сочинений ученый даже защищал гелиоцентризм, но так и не опубликовал его из-за приговора, незадолго до этого вынесенного Галилею. В Нидерландах Декарт написал свои самые важные сочинения: «Метафизические размышления» (1641), «Первоначала философии» (1644) и трактат «Страсти души» (1649). В это время королева Швеции Кристина пригласила ученого к себе в качестве наставника, однако вскоре после приезда ко двору Декарт, с рождения обладающий слабым здоровьем, умер, не выдержав суровой шведской зимы.

Декарт считал истинным путем познания поиск первопричин и обвинял Галилея в том, что тот не проявлял к ним интереса. В одном своем письме он утверждает, что Галилей «довольно хорошо рассуждает о движении, но его построения лишены основания». Галилей же, со своей стороны, думал, что первопричины часто были «фантазиями».

ГАЛИЛЕЙ

Вопреки перипатетикам и теологам Галилей всеми силами боролся с Magister Dixit[3 «Так сказал учитель» — ссылка на Аристотеля как на непререкаемый авторитет. — Примеч. перев.] — неопровержимым аргументом, к которому постоянно прибегали его оппоненты. Галилей полагал, что мнение авторитета не может быть решающим доводом:

«Сдается мне, что я распознал у Сарси твердое убеждение в том, будто при философствовании необычайно важно опираться на мнение какого-нибудь знаменитого автора, словно наш разум непременно должен быть обручен с чьими-то рассуждениями, ибо в противном случае он пуст и бесплоден. Он [Сарси], по-видимому, полагает, что философия — книга чьих-то вымыслов, такая же, как «Илиада» или «Неистовый Роланд» — книги, для которых менее всего значит, истинно ли то, что в них написано»[4 Перевод Ю. А. Данилова.].

Галилей утверждал, что сам Аристотель, сделавший множество значительных открытий в разных областях, был бы против такого подхода:

«[...] будь Аристотель таким, каким они [ученики] его воображают, он был бы тупоголовым упрямцем с варварской душой, с волей тирана, считающим всех других глупыми скотами, желающим поставить свои предписания превыше чувств, превыше опыта, превыше самой природы. Именно последователи Аристотеля приписали ему такой абсолютный авторитет, а не сам он его захватил или узурпировал...»[5 Перевод А. И. Долгова.].

Ссылка на авторитет служила непробиваемой броней, перед которой факты утрачивали силу Галилею пришлось защищать свои убеждения в обличительных выступлениях, из- за чего у него появились враги. В письме Кристине Лотарингской он так говорил о резкой критике в свой адрес: «Будто это я своей рукой поместил эти сущности на небо, чтобы возмутить природу и науку». Но Галилей действительно обнаружил спутники Юпитера и потому отрицал аристотелевскую догму, согласно которой все небесные тела вращаются вокруг Земли. К тому же кто угодно мог своими глазами увидеть, что теория Аристотеля не соответствует действительности.

В то время в научных дискуссиях использовались «логические аргументы, как если бы они были магическими заклинаниями», — в шутку писал Галилей Кеплеру о людях, которые не понимают, что слова не могут отменить очевидных научных фактов. У языка нет волшебной силы, способной сообщить вещам тот порядок, который существовал только в воображении оппонентов. Ученый также говорил о необоснованности простого красноречия, обвиняя перипатетиков и других натурфилософов в том, что они оперировали пустыми понятиями, как если бы верили, что название может определить вещь (позже он иронично применит этот же метод, назвав самого наивного участника его диалогов Симпличио, то есть Простаком) или что слова могут влиять на действительность, а не являются простыми инструментами общения:

«Итак, если их воля и их голос имеют такую власть, что могут сообщать любую сущность вещам, согласно их желанию и названию, то я умолял бы их оказать мне милость и назвать золотом все старое железо, которое есть у меня в доме».

По мнению Галилея, перипатетики способны отрицать «все наблюдения и все опыты, какие только ни есть, и отказались бы даже смотреть, чтобы не узнать о них, и сказали бы, что мир устроен так, как говорит Аристотель, а не как хочет природа; если же отобрать у них эту опору в виде авторитета, каково им будет?» Представления о мире Аристотеля, согласно которым человек находился в центре абсолютно рационального, конечного и понятного мира, устарели. Мир, открывавшийся перед Галилеем, был гораздо менее определенным. Он не только был неизведанным, но и не было никакой гарантии, что все его секреты могут быть раскрыты.

В своих трудах Аристотель хотел объять все, объяснить как строение космоса, так и колебание пламени. Галилей, напротив, сознательно изучал конкретные вещи. Его не интересовало движение в целом, а только равноускоренное (то, что Аристотель назвал бы локальным движением). Он также отказался от изучения причин — главной задачи аристотелевской философии для получения знания. В этой смене угла зрения и заключается различие между натурфилософом и современным ученым, который отдает себе отчет в ограничениях и трудностях на пути к настоящему знанию. В трактате «Пробирных дел мастер» Галилей пишет:

«Если высказать без обиняков то, на что я пытаюсь здесь намекать, и видеть в науке метод доказательства и рассуждений одних людей, доступных восприятию других людей, то я глубоко убежден, что по мере совершенства наука будет все меньшему учить и все меньше доказывать. Следовательно, она будет становиться все менее привлекательной, и число тех, кто ею занимается, будет все более сокращаться»[6 Перевод Ю. А. Данилова.].

Галилей был не согласен с отделением математики от натурфилософии. Когда он стал работать при дворе Козимо II Медичи, то потребовал, чтобы обе эти диcциплины были отданы в его ведение. Он использовал математические инструменты для познания природы и понимал, что только в соединении наук, осуществимом вдали от затхлых университетских кабинетов, находится ключ к прогрессу. Математика помогла Галилею преодолеть ограничения чувственного познания.

Он также различал первичные качества, которые можно изучать объективно, и вторичные, субъективные, зависящие только от восприятия и не могущие стать предметом исследования:

«...полагаю, что если бы уши, языки и носы вдруг исчезли, то форма, число и движение остались бы, но не запахи, вкусы или звуки. Я глубоко уверен, что без живого существа последние представляют собой не более чем имена...»[7 Перевод Ю. А. Данилова.].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД

Какой вклад внес Галилей в развитие экспериментального метода? Он повысил точность наблюдений, используя специальные приборы, и пытался сформулировать свои открытия при помощи математических законов.

НАБЛЮДЕНИЕ

Галилей осмелился пересмотреть теории, существовавшие тысячи лет и считавшиеся единственно верными. Бросая вызов авторитетам, он опирался главным образом на свою наблюдательность и опытные данные. И обычные явления, такие как падение тяжелых тел, и наблюдения, требующие специальных приборов, как в случае с астрономическими феноменами, дали Галилею необходимые доказательства для подрыва веры в аристотелевские доктрины. Он понимал: факты обладают достаточной силой, чтобы разрушать теории, и воспользовался результатами наблюдений так, что перед ними не устояли даже самые хитроумные рассуждения.

До сих пор известен его опыт на Пизанской башне (о котором упоминает только Винченцо Вивиани, ученик и биограф Галилея, слышавший о нем от своего наставника), когда молодой Галилей, профессор математики в Пизанском университете, демонстрировал профессорам и студентам, что два тела, тяжелое и легкое, падают на землю почти одновременно. Трение о воздух не позволяет телам упасть в один и тот же момент (этот возможно на Луне, где нет атмосферы), но разница во времени очень незначительна и в любом случае меньше, чем предполагал Аристотель.

Поскольку он писал, что тяжелое тело падает быстрее легкого, Галилей возразил:

«...я весьма сомневаюсь, что Аристотель когда-нибудь проверял, насколько является правдой, что два камня, один из которых был бы тяжелее другого в десять раз [...], падают с настолько различной скоростью».

СПОРЫ ДО САМОЙ СМЕРТИ

Галилей часто прибегал к иронии по отношению к критикам его теорий и наблюдений. Среди тех, кто отрицал существование спутников Юпитера, был Джулио Либри, профессор философии в Пизанском университете. После его смерти Галилей написал такую эпитафию: «В Пизе умер философ Либри, заклятый противник этих моих пустяков, который, не пожелав увидеть их с Земли, возможно, увидит их с неба».

Перипатетики того времени, работающие главным образом в университетах, основывали свои выводы на абстрактных рассуждениях и стремились понять причины явлений, вместо того чтобы изучать природу непосредственно. Галилей указывал, что никто и никогда не взял на себя труд проверить эти утверждения, они были приняты за истину априори. Если Аристотель ошибался в таких простых вещах, которые легко проверить экспериментом, не могло ли это случиться и с его постулатами о строении мира?

Использование телескопа — еще один пример того, какую роль играло наблюдение в создании Галилеем новой науки. Он сумел воспользоваться всеми возможностями в изучении небесной сферы, которые дает этот инструмент, изобретенный голландскими ремесленниками. Ученый увидел пятна на Солнце, спутники Юпитера, равнины, горы и кратеры на поверхности Луны и больше звезд в Млечном Пути, чем кто-либо когда-либо. Более того, ничто из увиденного не совпадало с описанием Вселенной, данным Аристотелем. Как можно было поверить, что древнегреческий философ с помощью простых рассуждений был в состоянии познать устройство всего мироздания? Его конечный космос из неразрушимого материала, эфира или квинтэссенции, в котором движение было круговым и вечным, а светила — правильными гладкими шарами, был всего лишь плодом воображения. Телескоп Галилея сорвал маску с придуманного мира, а наблюдение стало главным помощником в разрушении этой иллюзии.

Но не все были готовы принять данные, полученные экспериментально. Представление перипатетиков о мире было прямо противоположно теориям Галилея, и многие из них, глядя в телескоп, предпочитали не верить своим глазам. В результате пятна на Солнце становились дефектами линз или крошечными небесными телами, располагавшимися между Солнцем и Землей, а лунные кратеры — оптическими иллюзиями. Галилею пришлось смириться с тем, что некоторые его коллеги, не желая менять мировоззрение, отказывались смотреть в телескоп.

ОПЫТ ИЛИ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИТУАЦИИ

Галилею было недостаточно наблюдать явления, он должен был еще и создавать условия для их возникновения: повторные эксперименты были очень важны для проведения измерений с максимально возможной точностью. В случае необходимости Галилей проводил один и тот же опыт сотни раз, и полученные результаты играли важнейшую роль в подтверждении или разрушении его догадок и гипотез. Галилей был скрупулезным и дотошным экспериментатором. Для выявления действительно важных сведений он мог проводить один и тот же опыт столько раз, сколько понадобится.

Портрет Галилея работы Оттавио Леони (1624).

Современная репродукция знаменитого эксперимента Галилея, в ходе которого ученый якобы поднялся на Пизанскую башню и сбросил вниз два предмета разного веса, показав, что они упадут на землю одновременно — вопреки теории Аристотеля.

Рисунки Луны, сделанные самим Галилеем на основе его наблюдений в телескоп и опубликованные в «Звездном вестнике».

Готовя опыт в искусственных условиях, можно было сконцентрироваться на самых важных аспектах, которые являлись предметом изучения. С другой стороны, эксперименты были необходимы для того, чтобы обеспечить математическую точность, с которой Галилей формулировал свои гипотезы. Если математическое описание ускорения показывало некоторую закономерность, то ее надо было проверить и при необходимости исправить, чтобы она совпадала с данными экспериментов. Наблюдения Галилея помогли положить конец философским концепциям, укоренившимся в представлении его современников, а эксперименты стали фундаментом современной физики. Более того, Галилей не боялся исправлять и улучшать свои гипотезы. Например, вначале он был уверен, что при свободном падении тела двигаются с постоянной скоростью, но впоследствии убедился, что она увеличивается.

Некоторые историки науки, например Койре, сомневаются в том, что Галилей в действительности проделывал опыты, но это подтверждают многочисленные документы. Галилей описывал свои эксперименты, делал рисунки и фиксировал полученные данные. В одном из таких документов рассматриваются выстрелы снарядами с разными скоростями, полученные при этом результаты и сравнение их с предварительными прогнозами. В опубликованных сочинениях Галилей также ссылается на эксперименты, проведенные для изучения равноускоренного движения: он детально объясняет свой опыт с наклонными плоскостями, по которым катятся шары.

Наблюдение и эксперимент стали краеугольными камнями научного метода, признаками, определяющими его и отличающими от других методов. Обращение к опыту резко контрастировало с необоснованными абстрактными рассуждениями, которыми оперировали коллеги ученого, натурфилософы. У Галилея не было соперников. Если бы на одну чашу весов положили доказательства Галилея с его наблюдениями и опытами, а на другую — доводы натурфилософов с их порочными логическими кругами, очевидные факты бесспорно склонили бы весы в свою сторону. Натурфилософии суждено было потерпеть поражение, ведь в природе истина определяется далеко не теологическими рассуждениями о божественной воле. Для достижения истинного знания о реальности недостаточно интеллектуального абстрагирования.

ГАЛИЛЕЙ-ЭКСПЕРИМЕНТАТОР

В своих «Беседах...» Галилей подробно описывает опыт, в котором он подошел к решению задачи о падении тел с помощью наклонной плоскости. Галилей установил, что пройденный путь пропорционален квадрату времени. Эту пропорцию до сих пор изучают в школах. Сейчас ее записывают следующим образом: расстояние (s) и время (t) при равноускоренном движении соотносятся как s = ½gt², где g — ускорение свободного падения, значение которого на уровне моря равно 9,81 м/с².

«Вдоль узкой линейки или, лучше сказать, деревянной доски длиной около двенадцати локтей, шириной пол-локтя и толщиной около трех дюймов был прорезан канал шириной немного больше одного дюйма. Канал этот был прорезан совершенно прямым и, чтобы сделать его достаточно гладким и скользким, оклеен внутри возможно ровным и полированным пергаментом; по этому каналу мы заставляли падать гладкий шарик из твердейшей бронзы совершенно правильной формы. Установив изготовленную таким образом доску, мы поднимали конец ее над горизонтальной плоскостью, когда на один, когда на два локтя, и заставляли скользить шарик по каналу, отмечая [...] время, необходимое для пробега им всего пути; повторяя много раз один и тот же опыт, чтобы точно определить время, мы не находили никакой разницы даже на одну десятую времени биения пульса. Точно установив это обстоятельство, мы заставляли шарик проходить лишь четвертую часть длины того же канала; измерив время его падения, мы всегда находили самым точным образом, что оно равно всего половине того, которое наблюдалось в первом случае. Производя далее опыты при различной иной длине пути, сравнивая время прохождения всей линейки со временем прохождения половины, двух третей, трех четвертей или любых иных частей ее и повторяя опыты сотни раз, мы постоянно находили, что отношение пройденных путей равно отношению квадратов времени их прохождения при всех наклонах плоскости, то есть канала, по которому скользил шарик».

На рисунке показано, что за одну единицу времени шар проходит одну единицу расстояния, за две единицы времени — 4 (= 1 + 3) единицы расстояния (или за половину единицы времени — четверть расстояния); за три единицы времени — 9 (= 1 + 3 + 5) единиц расстояния и так далее. Таким образом, пройденное расстояние всегда равно квадрату временных промежутков (1², 2², З²,...).

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ

Метод Галилея, помимо опытов и наблюдения за действительностью, отличается его стремлением описывать природные явления при помощи законов, которые можно выразить математически. Математика была профессией и страстью Галилея, и ее законы позволяли ему получать более или менее точные прогнозы. А эксперименты должны были установить, оправдывались ли эти прогнозы. Чем точнее они были, тем легче было понять, верным был тот или иной закон или же в нем содержалась ошибка. Вместо того чтобы объяснять все не подлежащими оспариванию постулатами, Галилей в качестве метода познания предлагал проверять теории на практике. Но любовь ученого к опытам не означает, что он выводил все свои знания из них или из простого наблюдения. В ходе эксперимента в качестве гипотезы по очереди проверялись состоятельность математического закона и уровень его обобщения. В научном методе гипотеза — это начальный вариант, который необходимо подвергнуть проверке и который может разбиться о реальные факты. Пройдя опыты и проверки, гипотеза уточняется и может стать законом.

Для большей точности, помимо той, которую обеспечивали математические законы, Галилей должен был использовать инструменты, способные измерить и предоставить нужные ему данные. Во времена, когда не существовало часов, барометров или термометров, он был вынужден создавать для своих вычислений как можно более точные приборы. Чтобы измерить время в ходе эксперимента с наклонной плоскостью, он пускал струйку воды из ведра в цилиндр с отметками. Объемы воды, собранные в конце каждого опыта, можно было сравнить друг с другом и соотнести с расстоянием, пройденным шаром.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 243; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!