периода времени, допустим, в течение секунды, после того как он уже летел в течение какого-то времени, поступим следующим образом. Во-первых, если бы он не падал, то покрыл бы определенное расстояние по горизонтали, равное тому, которое он покрыл в первую секунду своего полета. Во-вторых, если бы он не двигался горизонтально, а просто падал, он падал бы вертикально со скоростью, возрастающей пропорционально времени, истекшего с начального момента полета. Фактически изменение его местоположения такое, какое было бы, если бы сначала в течение секунды он двигался горизонтально со скоростью, равной начальной скорости, а потом падал бы в течение секунды вертикально со скоростью, возрастающей пропорционально времени, в течение которого он находился в полете. Простой расчет показывает, что получающаяся в результате траектория представляет собой параболу, и это подтверждалось наблюдениями постольку, поскольку исключалось сопротивление воздуха.
Вышеизложенное дает простой пример принципа, который оказался чрезвычайно полезным в динамике, – принципа, говорящего о том, что когда несколько сил действует одновременно, действие таково, как если бы каждая сила действовала по очереди. Это часть более общего принципа, называемого законом параллелограмма. Допустим, например, что вы находитесь на палубе движущегося корабля и гуляете поперек нее. В то время, когда вы шли, корабль прошел какое-то расстояние, так что относительно воды вы продвинулись как вдоль, так и поперек направления движения корабля. Если вы захотите узнать, где вы оказались относительно воды, вы можете предположить, что сначала стояли неподвижно вы, тогда как корабль двигался, а потом в течение такого же промежутка времени неподвижно стоял корабль, тогда как вы шли в пересекающем его направлении. Тот же самый принцип применяется и к силам. Это дает возможность узнать общий результат действия целого ряда сил и позволяет анализировать физические явления, раскрывая особые законы нескольких сил, действию которых подвергаются движущиеся тела. Именно Галилей ввел этот чрезвычайно плодотворный метод.
Выше я стремился говорить, насколько это возможно, языком XVII века. Современный язык имеет существенные отличия, но для того чтобы объяснить достижения XVII столетия, желательно усвоить манеру выражения, присущую тому времени.
Закон инерции объяснил ту загадку, которую до Галилея система Коперника была неспособна объяснить. Как отмечалось выше, если вы бросите камень с вершины башни, он упадет к ее подножию, а не где-то к западу от нее; однако, если Земля вращается, она должна была за время падения камня пройти некоторое расстояние. Причина, по которой камень не отклоняется, заключается в том, что камень сохраняет скорость вращения, которая у него одинакова со всеми остальными телами на земной поверхности. Фактически, если бы башня была достаточно высока, получился бы результат, противоположный тому, которого ожидали противники Коперника. Вершина башни, находясь дальше от центра Земли, чем ее основание, движется быстрее, и поэтому камень должен был бы упасть немного к востоку от подножия башни. Однако этот результат слишком незначителен, чтобы его можно было измерить.
Галилей горячо отстаивал гелиоцентрическую систему; он переписывался с Кеплером и соглашался с его открытиями. Услышав, что некий голландец изобрел телескоп, Галилей и сам сделал телескоп и очень скоро обнаружил ряд важных явлений. Он нашел, что Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд. Он наблюдал фазы Венеры, о существовании которых догадывался еще Коперник, но которые невооруженный глаз не мог воспринять. Он открыл спутники Юпитера, которые в честь своего покровителя назвал «Медические звезды». Было установлено, что эти спутники подчиняются законам Кеплера. Однако возникло одно затруднение. Всегда было семь небесных тел: пять планет, Солнце и Луна; значит, семь – это священное число. Разве воскресенье не седьмой день? Разве подсвечники не семиствольны, а церквей в Азии не семь? Что же тогда могло быть более подходящим, как не то, что должно быть и семь небесных тел? Но если к ним нужно добавить еще четыре луны Юпитера, то их станет одиннадцать, – число, которое не имеет никаких мистических свойств. На этой почве приверженцы традиций поносили телескоп, отказывались смотреть в него и утверждали, что все, что обнаруживается при помощи телескопа, – это иллюзия. Галилей писал Кеплеру о своем желании посмеяться над глупостью «толпы»; в конце его письма выясняется, что «толпа» – это профессора философии, которые пытались изгнать луны Юпитера, употребляя «софизмы так, как будто они были магическими заклинаниями».
Галилей, как известно, был осужден инквизицией сначала секретно в 1616 году, а потом публично в 1633 году; в этом последнем случае он отрекся от своих теорий и обещал больше никогда снова не утверждать, что Земля вращается вокруг своей оси или вокруг Солнца. Инквизиции удалось положить конец развитию науки в Италии, которая там так и не возродилась в течение столетий. Но ей не удалось помешать ученым принять гелиоцентрическую теорию, а своей косностью она нанесла значительный ущерб церкви. К счастью, существовали протестантские страны, где священники, тоже всемерно стремясь причинить вред науке, не могли добиться контроля над государством.
Ньютон (1642—1727) достиг окончательного и полного триумфа, который подготовили Коперник, Кеплер и Галилей. Исходя из своих трех законов движения (из которых двумя первыми обязан Галилею), он доказал, что три закона Кеплера равнозначны положению о том, что каждая планета в каждый данный момент времени имеет ускорение, которое направлено к Солнцу и изменяется обратно пропорционально квадрату ее расстояния от него. Он показал, что ускорение в направлении к Земле и Солнцу в соответствии с той же самой формулой объясняет движение Луны и что в соответствии с законом обратной пропорциональности квадрату расстояния ускорение тел, падающих на поверхность Земли, родственно ускорению Луны. Он определил «силу» как причину изменения скорости движения, то есть ускорения. Таким образом, он смог сформулировать свой закон всемирного тяготения: «Каждое тело притягивает любое другое тело с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними». Из этой формулировки он смог вывести все остальное в планетарной теории: движение планет и их спутников, орбиты комет, приливы. Позже оказалось, что даже самые незначительные отклонения от эллиптических орбит со стороны планет объяснялись законами Ньютона. Торжество было столь полным, что Ньютону грозила опасность стать вторым Аристотелем и оказаться непреодолимым барьером на пути прогресса. В Англии лишь спустя столетие после его смерти люди в достаточной степени освободились от его авторитета, чтобы создать действительно оригинальные работы по вопросам, которые он разрабатывал.
XVII век был замечателен не только в области астрономии и динамики, но и во многих других областях, связанных с наукой.
Обратимся сначала к вопросу о научных приборах[359 — По этому вопросу см. гл. «Scientific Instruments in A History of Science, Technology and Philosophy in the Sixteenth and Seventeenth Centuries», by A. Wolf.]. Сложный микроскоп был изобретен незадолго до начала XVII века, около 1590 года. В 1608 году был изобретен телескоп голландцем Липперсгеем, хотя именно Галилей впервые серьезно использовал его для научных целей. Галилей изобрел также термометр, по крайней мере это кажется наиболее вероятным. Его ученик, Торричелли, изобрел барометр. Герике (1602—1686) изобрел воздушный насос. Часы, хотя и не созданные заново, в XVII веке были значительно усовершенствованы, прежде всего трудами самого Галилея. Благодаря этим изобретениям научные наблюдения стали значительно более точными и более обширными, чем когда-либо прежде.
Существовали, далее, важные работы и в других науках, кроме астрономии и динамики. Гильберт (1540—1603) опубликовал свою большую книгу о магните в 1600 году. Гарвей (1578—1657) открыл кровообращение и опубликовал свое открытие в 1628 году. Левенгук (1632—1723) открыл сперматозоиды, хотя Стефан Гэм открыл их, по-видимому, несколькими месяцами раньше; Левенгук открыл также протозоа, или одноклеточные организмы, и даже бактерии. Роберт Бойль (1627—1691) был, как учили детей в годы моей молодости, «отцом химии и сыном графа Коркского»; сейчас его знают главным образом по «закону Бойля», говорящему о том, что в данном количестве газа при данной температуре давление обратно пропорционально объему.
Я до сих пор ничего не сказал об успехах чистой математики, однако они действительно были очень велики и необходимы для успешной работы в физических науках. В 1614 году Непер опубликовал свое изобретение логарифмов. Аналитическая геометрия явилась результатом работ нескольких математиков XVII века, из которых величайший вклад был сделан Декартом. Дифференциальное и интегральное исчисление было изобретено независимо друг от друга Ньютоном и Лейбницем. Оно стало орудием почти всей высшей математики. Это только наиболее выдающиеся достижения в чистой математике, но имелось множество и других важных открытий.
Следствием рассмотренной нами научной деятельности было то, что взгляды образованных людей совершенно изменились. В начале века Томас Броун принимал участие в суде над ведьмами; в конце века такая вещь была бы совершенно невозможна. Во времена Шекспира кометы все еще были чудом; после опубликования «Начал…» Ньютона в 1687 году стало известно, что он и Галлей вычислили орбиты некоторых комет и что кометы так же подчинены закону тяготения, как и планеты. Власть закона установила свое господство над мыслями, делая невероятными такие вещи, как магия и колдовство. В 1700 году мировоззрение образованных людей было вполне современным, тогда как в 1600 году, за исключением очень немногих, оно было еще большей частью средневековым.
В оставшейся части главы я попытаюсь коротко осветить философские взгляды, явившиеся, по-видимому, следствием науки XVII века, и некоторые стороны, отличающие современную науку от науки Ньютона.
Первое, что нужно отметить, – это устранение почти всех следов анимизма из законов физики. Греки, хотя они и не говорили об этом совершенно ясно, очевидно, считали силу движения признаком жизни. Здравомыслящему наблюдателю кажется, что животные двигаются сами, в то время как мертвая материя движется только тогда, когда ее принуждает к этому внешняя сила. Душа животного, по Аристотелю, имеет различные функции, и одна из них – двигать тело животного. Солнце и планеты, по мнению греков, достойны быть богами или по меньшей мере управляться и двигаться богами. Анаксагор думал иначе, но он был безбожником. Демокрит тоже думал иначе, но им, в пользу Платона и Аристотеля, пренебрегали все, за исключением эпикурейцев. Аристотелевские сорок семь или пятьдесят пять неподвижных двигателей были божественными духами и являлись первоисточником всего движения на небесах. Предоставленное самому себе любое неодушевленное тело вскоре стало бы неподвижным; таким образом, воздействие души на материю должно быть непрерывным, для того чтобы движение не прекратилось.
Открытие первого закона движения изменило это представление. Безжизненная материя, однажды приведенная в движение, продолжает двигаться до тех пор, пока какая-нибудь внешняя причина не остановит ее. Более того, внешние причины изменения движения сами оказывались материальными всякий раз, когда их можно было определенно установить. Во всяком случае, Солнечная система сохраняла свое движение посредством своего собственного количества движения и
