1. До Галилея и Ньютона

Теперь мы исследуем науку, в которой практическое подтверждение чувственными наблюдениями играет большую роль, чем в геометрии. Мы обратимся к теории движения, которая является основной теорией для всех наук.

Насколько можно судить на основе засвидетельствованной истории, геометрия была очень надежной наукой. Даже различие между евклидовой и неевклидовой геометрией не очень повлияло на применение геометрии к техническим проблемам. История же механики раскрывает большие различия между современной механикой (с XVII века) и более ранними теориями. Эта история очень хорошо описана в книге Герберта Баттерфйльда «Источники новой науки» («The Origins of Modern Science»). В наше время ньютоновская механика применяется во всех областях техники, за исключением атомной.

При использовании термина «новая механика» имеется в виду «ньютоновская механика», которая лежит в основе всех ее применений. Первой и основной аксиомой ньютоновской механики является «закон инерции». Закон инерции в той форме, в какой мы его встречаем в любом школьном учебнике, утверждает: «Тело, находящееся в покое, если его предоставить самому себе, будет оставаться в покое или, если оно движется, будет продолжать двигаться по прямой линии с начальной скоростью». Кроме того, большинство- учебников пытается убедить нас в том, что это самоочевидно. Мы разберем этот закон ниже, а сейчас только отметим, что он, конечно, не самоочевиден. Для того чтобы понять закон инерции в целом, мы должны были бы рассмотреть, что представляет собой «прямолинейное» движение и что значит утверждение, что «тело предоставлено самому себе». Движение, параллельное краю прямоугольного стола, стоящего в комнате, не является прямолинейным движением по отношению к неподвижным звездам; Земля вращается по отношению к так называемым «неподвижным» звездам, которые на самом деле не неподвижны. Очень трудно определить прямолинейное движение.

Закон инерции — очень сложный закон и для обыденного здравого смысла совсем не является правдоподобным или самоочевидным.

Во что верили люди до того, как была признана ньютоновская механика? Как формулировалась теория механики, скажем, Аристотелем или средневековыми аристотеликами, из которых наиболее видным был Фома Аквинский? Средневековая поэма, «Божественная комедия» Данте, дает очень наглядное представление об этой древней теории.

поражается тому, что он (Дан- Огонъ те) будучи тяжелым, оказы-

Воздих вается в состоянии подняться у к нему. Но его «старая Вода страсть», Беатриче, ведущая его по Раю, знакомит его с элементами механики. Она говорит, что основной закон механики заключается не в Рис- 31. том, что все тяжелые тела па

дают на 'землю, а в том, что все тела движутся к месту, к которому тела принадлежат. Поскольку теперь тела являются духами, поясняет она, они не противоречат закону механики, а, поднимаясь вверх, повинуются ему.

Теперь мы видим, что все тела состоят приблизительно из сотни элементов, в то время как в период древности и средних веков утверждалось, что имеется два разных вида тел — земные и небесные. Считалось, что земные тела составлены из четырех разных элементов — земли, воды, огня и воздуха, — и утверждалось, что эти четыре элемента имеют определенное естественное распределение в мире, как это изображено на следующей диаграмме (рис. 31).

Если бы все эти элементы оставались на своих местах, то не было бы никакого движения вообще, но поскольку на земле имеются некоторые нарушения, постольку необходимо проводить различие между естественными и неестественными движениями. Неестественно для куска земли подниматься вверх, в воздух, но естественно для него падать снова вниз.

Естественным Движением для всех вещей является возвращение к тому, к чему они принадлежат; все тела стараются вернуться на их естественные места как можно скорее, но тут могут возникать некоторые препятствия. Чем больше препятствие, тем медленнее они возвращаются назад. Вообще движение рассматривалось как комбинация естественных и неестественных движений.

На первый взгляд эта теория не выглядит такой уж неубедительной: она объясняет большинство явлений, как они выступают в повседневном опыте. Однако в ней содержится серьезное затруднение: если толкать какой-либо снаряд, то можно, пока он находится в руке, придать ему очень быстрое движение, но он сохраняет это неестественное движение только на некоторое время. В наше время мы приписываем это «инерции», но в древней механике существовало только два способа объяснения движения. Первый — тело может стремиться к «своему месту» (естественное движение); очевидно, не существует «места», к которому брошенное тело может двигаться в горизонтальном направлении. Второй — тело может приводиться в движение «насилием», например непосредственным действием чьей-либо руки. Однако поскольку чья-либо рука касается бросаемого тела только в первый момент, постольку продолжающееся движение в горизонтальном направлении объяснялось продолжающимся толканием воздуха. Другое затруднение возникло благодаря тому, что, согласно вышеприведенной теории, камень должен падать вниз с постоянной скоростью, потому что скорость тела определялась только его стремлением к его «естественному месту» и сопротивлением воздуха; но было известно, что падающий камень ускоряет свое движение. Для этого было два объяснения: больший столб воздуха, толкающий тело вниз, когда оно падает, и теория, что чем ближе тело подходит к своему месту, тем больше оно «радуется» этому и тем быстрее двигается к нему.