“Беседы”.

Книга “Беседы” стала последней главой, вписанной Галилеем в историю науки (на илл. 14.1 представлен титульный лист)[209]. Как и “Диалог”, она использует разговор Сальвиати, Сагредо и Симпличио, но на сей раз не о величественных системах мира, а о различных вопросах механики. Под “двумя науками”, упомянутыми в названии, подразумеваются математическое описание природы материи и прочности материала, а также принципы движения.

В книгу включены важные открытия Галилея в области механики, в частности тот факт, что в отсутствие сопротивления воздуха тяжелые и легкие тела падают с одинаковой скоростью (в отличие от предположения Аристотеля, что тяжелые тела падают быстрее). Для доказательства этого утверждения Галилей использовал красивый “мысленный эксперимент”. Представим, сказал он, что вы соединили тяжелое и легкое тела. Согласно Аристотелю, поскольку легкое тело падает медленнее, оно должно замедлить падение тяжелого и объединенное тело будет падать медленнее, чем тяжелое тело, само по себе. С другой же стороны, указал Галилей, можно рассматривать два соединенных тела как одно, еще тяжелее исходного тяжелого тела; следовательно, по Аристотелю, вместе они должны будут падать быстрее отдельного тяжелого тела – налицо противоречие.

Чтобы подтвердить свои падуанские эксперименты с шарами, катящимися по наклонным плоскостям, вместо настоящего свободного падения, Галилей должен был показать, как движение этих катящихся шаров связано с движением свободно падающего тела. В связи с этим он отметил, что скорость, достигаемая шарами вследствие скатывания с наклонной плоскости, зависит только от вертикального расстояния, пройденного ими, и не зависит от угла наклона плоскости. В этом смысле свободно падающее тело можно представить себе как шар, скатывающийся по вертикальной плоскости.

Одним из наивысших достижений Галилея стало вычисление траектории брошенного тела. Оно опиралось на эксперимент, поставленный в 1608 г. Выглядел он примерно так. Наклонная плоскость была установлена горизонтально на столе. Шар скатывался по наклонной плоскости, затем по горизонтальной столешнице, наконец, срывался с края стола и по определенной траектории падал на землю. Измерив горизонтальные и вертикальные перемещения предмета и поняв, что горизонтальное движение (в воздухе) происходит почти с постоянной скоростью (поскольку только сопротивление воздуха слегка ее замедляет), тогда как вертикальное представляет собой свободное падение, ученый смог определить геометрическую форму траектории. В принципе, вертикальное перемещение, совершаемое падающим телом, пропорционально квадрату горизонтального перемещения. А именно, шар, пролетевший вдвое дальше по горизонтали, падает с вчетверо большей высоты. Траектория точно повторяет кривую, известную с Античности под названием параболы.

В общем, слово “новые” в заглавии книги Галилея относится скорее не к предметам, рассмотренным в ней. В конце концов, люди стали использовать деревянный брус для строительства (следовательно, интересоваться его прочностью) за тысячи лет до Галилея, а луки и катапульты выстреливали свободно летящие тела в воздух в Древней Греции, не говоря уже о библейской истории о Давиде и Голиафе. Новым в работе Галилея стал сам подход к механике. Благодаря оригинальному сочетанию эксперимента (например, с наклонными плоскостями), абстрактного мышления (открытие математических законов) и рационального обобщения (понимание, что одни и те же законы применимы ко всем случаям движения с ускорением), Галилей создал то, что с тех пор стало современным подходом к изучению всех природных явлений.

Пожалуй, наилучшей демонстрацией развития представлений Галилея о механике стал его закон инерции, известный впоследствии как первый закон движения Ньютона. Отталкиваясь от аристотелевских понятий “естественного” и “насильственного” движения и поняв, что даже огонь должен был бы перемещаться вниз, если бы не подъемная сила, создаваемая воздухом, Галилей стал размышлять о том, как повело бы себя тело, если бы на него не действовали вообще никакие силы. Наконец, в “Беседах” он нашел ответ: “Вдоль горизонтальной плоскости движение равномерно [происходит с постоянной скоростью], поскольку здесь не испытывается ни ускорения, ни замедления”[210]. Далее идет кульминационный пункт: “Любая скорость, сообщенная движущемуся телу, будет неизменно поддерживаться до тех пор, пока устранены внешние причины ускорения или замедления, – состояние, которое [экспериментально, приблизительно] обнаруживается только на горизонтальных плоскостях”. Эта скорость, добавляет он, “будет двигать тело в равномерном темпе бесконечно”.

Первый закон движения Ньютона действительно гласит, что объект остается в состоянии покоя или равномерного движения по прямой, пока на него не подействует внешняя сила. Формулировка этого закона потребовала от Галилея представить себе мир без трения, что намного труднее, чем может показаться. Трение – настолько привычная часть нашего повседневного опыта (именно оно позволяет нам ходить и держать в руках предметы, а также замедляет любое движение, которое мы видим), что нужна была поистине феноменальная сила абстрактного мышления, чтобы вообразить, что произойдет при его отсутствии.

Это был Галилей в своем лучшем проявлении. Он утвердил веру в существование того, что мы сегодня называем законами природы – универсальными и постоянно воспроизводимыми. Природа не может лгать, или, как выразил это Эйнштейн несколько столетий спустя: “Господь Бог изощрен, но не злонамерен”[211]. Во введении к дискуссии третьего дня “Бесед” Галилей написал слова, которые можно считать его собственным итогом своего вклада в науку:

Моя цель состоит в том, чтобы продвинуть совершенно новую науку, касающуюся очень древнего предмета… Посредством эксперимента я открыл некоторые его свойства, которые стоит знать и которые до сих пор не наблюдались и не демонстрировались… Что я считаю более важным, здесь открылся путь к этой обширной и более совершенной науке, которой моя работа служит всего лишь началом, к путям и средствам, которыми другие умы, более острые, чем мой, исследуют ее отдаленные уголки[212].