Купцы и наука

Обычно начатки научных исследований появляются там, где сформировалось уже организованное жреческое сословие, имеющее достаточно времени и возможностей для занятий этим делом. Однако первые шаги часто оказываются и последними вследствие того, что добытые научные теории, слившись неразрывно с религиозными положениями, застывают вместе с ними, превратившись в безжизненные догмы.

Однако наряду со жреческим знанием начинает вырабатываться и знание светское, независимое от церкви. Недостаток ресурсов и необходимость управления огромной империей должны было сильно содействовать развитию византийского мореходства, а оно в свою очередь подтолкнуло торговлю и задало необычайно быстрый темп колонизации побережий Черного и Средиземного морей. Важнейшая роль в этом колонизационном процессе выпала на долю Милета: этому малоазиатскому городу выпала роль одного из главных посреднических центров.

Из-за определенной религиозной неустроенности ранней Византии здесь успело развиться разное знание; оно стало костенеть лишь по мере установления единой религиозной доктрины. Так же произошло и у арабов: все их успехи приходятся на период формирования мусульманства. То же самое можно наблюдать и в Западной Европе с тем лишь отличием, что после периода «закостенения» наступило «раскрепощение»: для купца и промышленника было важно получить нужный научный результат, а как он соотносится с догматами церкви — вопрос второй. Деньги оказались важнее Бога.

Первоначальным византийским торговцам в силу своей профессии приходилось много чего видеть и учитывать в своих путешествиях. Они наблюдали массу самых различных бытовых укладов, обычаев, верований и т. д., а это заставляло их освобождаться от многих традиционных представлений о мире. От разных народов они перенимали полезные для себя знания и аккумулировали их.

Это были совсем другие люди, нежели традиционные хранители знания — духовенство, которое обычно его монополизировали. Купцы, конечно, тоже далеко не всем ими узнанным делились с окружающими, но все же их знание было доступнее для многих.

Из систематизации разнообразных, полученных со всех концов земли сведений и родилась византийская наука и научное мировоззрение. Родиной новых идей была как раз Малая Азия (главным образом Милет), где торговля пустила наиболее крепкие и разветвленные корни. Лишь позже приоритет перешел к александрийцам.

Главные же противники рационального научного миропонимания, сторонники мистицизма и теософских спекуляций группировались на территориях, где хозяйственную основу составляло земледелие. Эти учения представляли собой своеобразную переработку старых религиозных верований, слегка приведенных в соответствие с изменившимися общественными условиями. Туманная теософская мистика была полной противоположностью логической прозрачности и рациональной ясности теорий, созданных в торговых городах.

Древняя физика является почти исключительно физикой византийцев. Появление физики — это преодоление религиозно-мистических воззрений и приход к мысли о естественной закономерности явлений. Но при обсуждении заслуг византийцев в области физики не следует забывать, что мы имеем здесь дело с началом науки, иначе наше суждение будет ошибочным. Между их физикой и нашей — целая пропасть, не столько по материалу, сколько по способу его обработки. И все же замечательно, что уже в эллинский период мы находим все специальные отделы физики разработанными до известной степени или, по крайней мере, намеченными.

На первом месте стояли рассуждения об общих свойствах материи. Затем, механика и оптика. Далее, акустика и учение о теплоте. Относительно магнетизма и электричества им известен был, по крайней мере, факт притяжения магнитной руды и натертого янтаря.

Только метод исследования у них совсем не тот, который мы ныне называем физическим в собственном смысле слова.

Освоение больших пространств, вид звездного неба, смена времен года и атмосферные явления, вся совокупность загадочной жизни органической природы стимулировали ранних византийцев искать объяснения для всех явлений природы и пытаться открыть между ними закономерную связь.

К своей цели они стремились двояким путем. Либо старались дать общие законы, из которых с логической последовательностью может быть выведена естественная закономерность явлений, — это метод натурфилософии, сохранившийся вплоть до XVI века и получившее название аристотелевской физики. Либо пытались уяснить свойства сложных явлений при помощи математической дедукции, приняв за исходную точку простые и не требующие доказательств положения, — таков метод математической физики, главным представителем которого принято считать Архимеда.

В основе теоретических построений лежали различные наблюдения. Но если для астрономии этого было вполне достаточно, то для правильного понимания физических закономерностей нужно было развивать экспериментальные методы. Изучая физические явления, эллины никогда не думали о надежном способе их воспроизведения, не давали себе труда проверить свои выводы новыми наблюдениями и не пробовали расчленять сложные явления посредством опытов с целью найти основание для своих объяснений. Короче говоря, опытное исследование — вот что отделяет физику Нового времени, возникшую в XVII веке, от ее предшественницы.

Итак, первыми физиками были византийские натурфилософы, которые пытались разрешить старую проблему о происхождении мира и о совершающихся в нем изменениях не за счет привлечения сверхъестественных сил, а пользуясь рациональными объяснениями. Это был правильный путь. Но попытка доискаться начала всех вещей, и тем самым получить ответы на все вопросы, была ошибочной, хотя и очень привлекательной. Невзирая на многочисленные неудачи, даже и в наши дни еще есть желающие получить все ответы, найдя первоэлементы и первоосновы, и построив все остальное с помощью логических построений. Для науки эта заманчивая цель принесла с одной стороны пользу, возбуждая живой интерес к природе, но с другой стороны и вред.

Византийцы времен эллинов выдвинули столько различных гипотез, что почти исчерпали все мыслимые теории для объяснения Вселенной, так что наши современные гипотезы можно признать лишь продолжением (или повторением) их трудов.

Сегодня многие историки науки, как плохой ученик, зная ответ, пытаются подогнать под него ход решения, тщатся реконструировать путь науки как борьбы «правильного» научного направления с различными «ошибочными». А ведь это просто глупость. В те времена все идеи были одинаково умозрительными, и преимущество определялось авторитетностью того, кто ее высказывал или авторитетностью ссылок, которыми обосновывал свои взгляды высказывающий. Отсюда и такое огромное количество трудов Аристотеля, Архимеда, Платона и прочих: многие приписывали им свои собственные мысли, а потом их комментировали, да так и остались в истории науки под видом «комментаторов» какого-либо «классика».

Наука всегда аристократична. Древность не имела понятия о популярной физике. Для массы людей Земля, вопреки Пифагору, всегда оставалась неподвижным плоским диском; Аристарх не раскрывал хрустального небосвода для охлоса, и старые божества природы не были низвергнуты со своих алтарей физическими силами. Там, где народ приходит в соприкосновение с умственным величием, он видит одно чудесное, а суеверное предание превращает в его глазах физика в колдуна, философа — в прорицателя.

Массы ищут в науке чудес или развлечения. Хитрые и бессовестные люди умеют обращать такие ожидания в свою пользу и увлекают толпу тем легче, чем менее ей известен истинный облик науки. Так мало-помалу из слабых начатков наук развились и астрология, и астрономия; и химия, и алхимия. Даже магия превратилась в систематическую «науку»!.. Мнимые науки достигли, правда, полного своего расцвета только в Средние века.

Идеал физики заключается в сочетании опытного исследования, математики и стиля мышления. Взаимодействием этих трех факторов и обусловливаются ее успехи в последних столетиях. Там, где тот или другой метод преобладает над остальными, в развитии всегда рано или поздно замечается застой. Но когда эти три фактора соединяются в должном соотношении в одном человеке, появляется гений, начинающий новую эпоху в истории науки.

 

Первоначальная византийская физика

Как правило, историю науки начинают с Фалеса Милетского, — потому что в традиционной датировке раньше него нет имени ни одного ученого. Однако до нас не дошло сочинений ни Фалеса, ни его учеников, а все сведения о нем почерпнуты из позднейших источников. Согласно Аристотелю (чьих трудов в подлиннике тоже нет), Фалес знал о способности магнитов притягивать железо. Другие утверждают даже, что ему было известно притяжение янтаря при трении. Этим, собственно, и ограничиваются наши сведения о физических познаниях Фалеса.

Преемником Фалеса считается Анаксимен Милетский. Ему приписывается выделение (в уме своем) единого первоначального вещества, которое превращается во все другие вещества и из которого все развивается. Эта идея тем интереснее, что в скором времени возникло противоположное учение Пифагора Самосского. Считается, что его философская школа представляла собою тайный союз. Все наши сведения о нем заимствованы из позднейших источников, ненадежны, смутны и содержат много сказочных примесей.

Судя по тому, что дошло до нас, учение пифагорейцев трактовало не столько первоначальное вещество, сколько распределение вещей в природе, их число и меру. Аристотель, который всегда приводил мнения предшественников, говорит, что пифагорейцы искали и думали найти аналогию всего существующего и происходящего скорее в числах, чем в огне, земле или воде; они пришли к заключению, что элементы чисел тождественны с началами вещей. Эта основная мысль заставляла их искать всюду числовые законы и распределять все согласно последним, но в то же время она побуждала их приписывать известные свойства (совершенство, несовершенство, бесконечность и конечность) самим числам.

Так пришли они к тому мистическому числовому учению, которое впоследствии в соединении с астрологией продержалось до позднего Средневековья, да и сегодня достаточно модно. Пифагорейцы имеют перед физикой меньше заслуг, чем этого можно было ожидать, судя по их математической направленности.

Только один физический закон неоспоримо принадлежит школе Пифагора, хотя и здесь способ открытия его искажен баснями. Проходя мимо кузницы, где несколько рабочих ковали железо, Пифагор подметил, что молоты издают гармонические тоны, именно: октаву, квинту и кварту. Войдя в кузницу, он убедился, что различие тонов зависит от различного веса молотков, именно, что самый легкий имел 1/2, следующий 2/3 и, наконец, последний 3/4 веса наиболее тяжелого молота. По возвращении домой Пифагор подвесил четыре шнура равной толщины и к ним привязал гири сходных весовых отношений. Шнуры эти при ударах давали те же музыкальные интервалы, как и молоты, и Пифагор мог, таким образом, свести гармонические интервалы к числовым отношениям.

Что Пифагор занимался всем этим — не подлежит сомнению, так как гармонические отношения играют у пифагорейцев выдающуюся роль. Но описание, конечно, неверно. Во-первых, наковальня, как и колокол, при ударах различными молотами издает постоянно один и тот же тон; во-вторых, струны издают указанные выше тоны, когда их длины, а не натягивающие их гири, находятся в указанном выше отношении. Впрочем, есть прямые указания, что пифагорейцы верно определили связь между гармоническими интервалами и длинами струн. Зато Пифагора упрекают в том, что он признавал созвучиями только октаву, квинту и кварту, отвергнув столь приятно звучащую терцию, из-за большой сложности ее числового отношения.

Первая рукопись из среды самих пифагорейцев принадлежит Филолаю. К сожалению, от нее уцелели лишь отрывки, подлинность которых притом довольно сомнительна. Из этих отрывков можно, тем не менее, составить довольно ясное представление о системе мира пифагорейцев. Они считали, что земля шарообразна, но выводили это из требований геометрической гармонии. В центре Вселенной пифагорейцы поместили чистейшее из всех веществ — огонь, а вокруг него заставили вращаться на гармонических расстояниях Землю, Противоземлю, Луну, Солнце, Меркурия, Венеру, Марса, Юпитера, Сатурна и сферу неподвижных звезд. Так как обитаемая половина Земли была постоянно отвращена от центрального огня и Противоземли, то последние оставались невидимыми для людей. Солнце же и Луна отражали им образ центрального пламени.

Следующий великий философ — Анаксагор из Клазомен (в Лидии) считается учителем Перикла, Еврипида, Сократа. Говорят, что жители Лампсаки, где он умер, поставили в честь его памятник с надписью: «Здесь покоится Анаксагор, который достиг крайнего предела истины, познав устройство Вселенной».

От его главного сочинения «О природе» до нас дошло лишь несколько отрывков. Он не признавал превращения вещества при видоизменении предметов, объясняя эти видоизменения соединением и разъединением мельчайших, невидимых глазу частиц материи. Их существует бесконечное множество, и все они — непреходящие и неизменные первоначальные вещества, отличающиеся друг от друга по форме, цвету и вкусу. При этом Анаксагор считал обманчивыми наши чувства. Цвета тел — только наше ощущение; чтобы выразить это как можно резче, он провозгласил парадокс: «снег черен».

Эмпедокл из Агригента, молодой современник Анаксагора, отчасти разделял его взгляды. В книге (тоже «О природе») он пишет:

«Безумцы полагают, что может возникнуть что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа что-либо существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешения и разъединения сочетанного. Только невежды называют это рождением и смертью».

В основу мира Эмпедокл не кладет, однако, бесконечного множества первичных веществ, а лишь четыре стихии или «корня»: землю, воду, воздух и огонь. Движение стихий обусловливается двумя противоположными силами, любовью и враждой:

«То все стремится к слиянию воедино силой любви, то единое расторгается непримиримой враждой».

О жизни Эмпедокла известно мало. В позднейших источниках сообщают, будто он увлекался ролью чудотворца и пророка, любил расхаживать в одежде жреца. Он появлялся в золотом поясе и дельфийской короне, окруженный многочисленной толпой слушателей. Легенда сообщает, что Эмпедокл хладнокровно бросился в пылающее жерло Этны, дабы прослыть божеством, существом бессмертным. Но тут же добавлено, что гора извергла назад железные сандалии философа, показав этим, что исчезло мнимое божество.

Демокрит Абдерский и его учитель Лейкипп обыкновенно упоминаются вместе. Якобы Лейкипп создал атомистическую теорию мира, которую окончательно разработал Демокрит. Согласно этому учению, Вселенная состоит из пустого пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц — атомов, отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему очертанию, положению и распределению. Тела возникают и исчезают лишь путем сочетания и разъединения атомов, так как из ничего не может произойти ничего, и ничто существующее не может исчезнуть. Движение атомов обусловливается не влиянием какой-либо внешней, независимой от них силы, а действием силы, присущей им самим от века; все атомы находятся в состоянии постоянного падения в бесконечном пространстве. При этом движении крупные атомы падают быстрее мелких, наталкиваются на них и производят боковые движения, или вихри, при посредстве которых атомы сплачиваются в тела. Эти вихри лежат в основе образования Вселенной.

Что касается спорного вопроса о пустоте пространства, то Демокрит (по словам Аристотеля) приводит в его пользу свои доказательства. Возможность движения в пространстве, возможность разрежения и сгущения тел и рост тел, происходящий благодаря проникновению пищи в скважины тела. Наконец, в доказательство приводится неправильное наблюдение, будто стакан, наполненный золой, вмещает в себе воды меньше объема, не занятого золою.

Демокрит говорит определенно, что зрение обусловливается падением на поверхность глаза мелких атомов, исходящих от светящегося предмета; он полагает, что предметы дают постоянно изображения, применяющиеся к окружающему воздуху и проникающие в душу через поры органов чувств. Теория истечения света пользовалась этой мыслью до новейшего времени для объяснения обращения изображений при зеркальном отражении.

Демокриту приписывают следующие обоснования его атомистической теории. Мокрая тряпка, становится сухой: очевидно, бывшие в ее порах частицы воды улетели. Открыв флакон духов, мы ощущаем запах: очевидно, частицы, отделяющиеся из флакона, долетают до нашего носа. Кусочек краски, брошенный в воду, равномерно окрашивает ее: очевидно, частицы краски перемешиваются с частицами воды. Дуновение ветра можно объяснить как обстрел атомами воздуха. Различие агрегатных состояний есть различие в степени взаимной связанности атомов тел. Все эти аргументы и сейчас излагаются в учебниках физики.

От многочисленных сочинений Демокрита до нас дошли лишь незначительные отрывки.

Физические теории Платона (изложенные в диалоге «Тимей») не слишком интересны. Согласно им, земля покоится в центре Вселенной, планеты следуют друг за другом в расстояниях, соответствующих гармоническим отношениям тонов, элементы огня имеют форму тетраэдров, элементы воздуха — октаэдров, воды — икосаэдров, а элементы земли — кубов. Этим элементам соответствуют четыре области. Ниже всех лежит наиболее тяжелая стихия — земля; затем следуют вода, воздух и огонь. Каждая стихия стремится занять свое место, и тела следуют движению преобладающего в них начала: камень падает на землю, огненные пары поднимаются вверх.

Современник Платона пифагореец Архит считается первым, применившим математику к решению механических задач, и механику — к решению геометрических построений. За это его, кстати, осуждал Платон. Архиту приписывают изобретение блока, винта и автомата (летающего голубя). Более подробных сведений о его механических работах, к сожалению, до нас не дошло.

 

Время Аристотеля

Теперь переходим к Аристотелю.

Вот что рассказывают о нем, начиная со Средних веков.

Родился он в Стагире, городе северной Греции, у Стримонского залива. В детстве вместе с отцом (врачом Никомахом) переселился в Пеллу, ко двору македонского царя Аминта, и здесь познакомился с будущим царем Филиппом, расположение которого оказалось для него впоследствии столь полезным. Когда Никомах умер, оставив сыну значительное состояние, ученая слава Платона увлекла 17-летнего юношу, и он отправился учиться в Афины.

В Афинах Аристотель оставался 20 лет, до смерти Платона, с которым он находился в постоянном общении. Затем пробыл некоторое время при дворе своего бывшего слушателя, атарнейского владетеля Гермия, и женился на его приемной дочери Пифии после того как Атарней был захвачен персами, а царь изменнически убит.

Из Митилен, куда спасся Аристотель, его вскоре вызвал македонский царь Филипп, желавший поручить ему воспитание своего 14-летнего сына Александра. Если судить по словам последнего: «Я чту Аристотеля наравне со своим отцом, так как если я отцу обязан жизнью, то Аристотелю обязан всем, что дает ей цену», — между знаменитым учителем и великим учеником должны были существовать весьма хорошие отношения.

Через четыре года Александр взошел на престол. Затем Аристотель оставался в Македонии еще 3 года, до первого похода Александра в Персию, и вернулся в Афины, и уже здесь, в Ликейоне, основал свою знаменитую философскую школу, которая получила название перипатетической, вероятно, по тенистым аллеям (перипатос), где Аристотель любил читать свои лекции.

Тут он тринадцать лет излагал свое учение перед многочисленной толпой ревностных слушателей. Затем антимакедонокая партия в Афинах возвела на него обвинение в оскорблении богов, и Аристотель добровольно покинул город, «желая избавить сограждан от вторичного преступления против философии», по словам Сократа. Аристотель поселился в Халкиде на о. Эвбее и здесь вскоре умер.

В главе «История часов» мы несколько раз отметили, что даже имена изобретателей механических часов не сохранились, не говоря уж об их биографиях. Доходит до того, что не известно толком, в чем заключались изобретения механика Герберта, имевшего могущественных учеников, королей и даже одного императорора Священной Римской империи (Оттона), и ставшего впоследствии римским папой. А ведь это было в XIII–XIV веках! Но вот в историях древних греков мы вдруг обнаруживаем, что целая плеяда ученых имеет разработанные биографии, с указанием даже их родителей и мелких бытовых подробностей. Все это наводит на мысль, что эти биографии сочинялись одновременно или по одному шаблону в какой-то непродолжительный период, — можно предположить, что не ранее XVI века, поскольку в некоторых случаях древним мыслителям приписывают труды и изобретения, которые не могли появиться раньше этого времени.

Об Аристотеле же добавляют еще, что он был небольшого роста, худощав и отличался некоторой внешней изысканностью. Значительное состояние и содействие могущественного ученика (Александра) дали ему возможность собрать значительную библиотеку, которую впоследствии Птоломей Филадельф купил для александрийского музея, но подлинные рукописи Аристотеля так и не попали в нее, а оказались они в Риме, где через 400 лет после написания, говорят, были изданы. Но что же это значит? Максимум, что могли сделать в Древнем Риме, так это переписать их, за неимением типографий. Но на каком языке? Если на латыни, то это уже не подлинные рукописи, а перевод. Тем не менее считается, что так дошли до нас научные сочинения Аристотеля.

Иначе говоря, доказательства, что известные тексты с именем Аристотеля на обложке принадлежат перу действительно жившего ученого с таким именем, отсутствуют. Просто в некоторый момент эти рукописи были приложены к написанной неизвестно кем биографии. Но как бы то ни было, рассмотрим теории Аристотеля, из физических сочинений которого известны следующие: 1) «Физика», 2) «О небе», 3) «О метеорологии», 4) «О рождении и разрушении», 5) «Механические проблемы», и еще ряд мелких естественнонаучных статей.

Природа есть совокупность физических тел, состоящих из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или изменения. Всякое движение предполагает пространство и время. Пространство сплошь заполнено материей; следовательно, не существует ни пустого пространства, ни мельчайших неделимых частиц материи или атомов. В пустом пространстве, как в простом отрицании материи, невозможно ни определение, ни различие места; движение же предполагает различие места; значит, в пустом пространстве движение немыслимо.

Если мы будем искать начала чувственных, то есть осязаемых вещей, то найдем не более четырех противоположностей, доступных ощущению и не выводимых из каких-либо других начал: тепло и холод, сухость и влажность. Они представляют собою первоначальные качества материи. Так как противоположности не могут быть соединены, то из попарного сочетания их получаются четыре основных вещества, именно: жаркий и сухой огонь, жаркий и влажный воздух (при этом нет различия между парами и воздухом), холодная и влажная вода, холодная и сухая земля. Четыре вещества эти содержатся во всех телах либо в действительности, либо потенциально и могут быть выделены из всех тел. Сами они не способны разлагаться на другие вещества, ибо они есть стихии или начала. Эти начала по природе своей легки или тяжелы. Земля абсолютно тяжелая, огонь абсолютно легкая стихия, воздух и вода относительно легки или тяжелы, смотря по их сочетанию с другими началами.

Все тела стремятся вниз к земле или вверх к небу и двигаются в этом направлении до тех пор, пока сопротивление другого тела не остановит их движения. Естественные прямолинейные движения тяжелых и легких тел неравномерны, конечны и потому несовершенны. Совершенным же может быть названо только круговое движение, продолжающееся равномерно и однообразно во веки веков. Для осуществления этого совершеннейшего движения в природе находится еще пятое начало, которому круговое движение так же свойственно, как прямолинейное — земным телам. Это эфир, из которого состоит небо. Сфера неподвижных звезд, которая по природе своей движется равномерно вечные времена, состоит из чистого эфира. Планеты уже смешаны с земными составными частями, потому-то их движениям недостает строгой правильности.

Земля, состоящая из более тяжелого начала, не может двигаться, а должна покоиться в центре Вселенной. Она шарообразна. Выпуклость земной поверхности очевидна уже из того, что при путешествиях к северу или югу звезды поднимаются или опускаются над горизонтом; шаровидность земли доказана еще тем, что земная тень при лунных затмениях всегда кругла. Кроме того, земля должна иметь вид шара в силу естественных причин, так как все тела равномерно стремятся к ее центру, как к средоточию Вселенной. Окружность земли равна, по Аристотелю, 400 000 стадиям, или около 9970 географическим милям (почти вдвое больше действительной). Как он пришел к этой цифре — неизвестно.

Аристотель знает, что свободно падающие тела падают с постепенно возрастающей скоростью, но закон ускорения ему, разумеется, неизвестен. Он предполагает, что скорости различных тел при падении соответствуют их тяжести: тело, которое вдвое тяжелее другого, и падает вдвое скорее.

Аристотель затрудняется в объяснении насильственных движений тел. Его удивляет, например, почему движение брошенного тела продолжается после того, как оно отделилось от бросившей его руки. В конце концов, он приходит к заключению, что брошенное тело оставляет после себя пустое пространство, в которое и устремляется воздух, сообщая телу новый толчок. Объяснение это, независимо от общей его неудовлетворительности, идет дальше своей цели и в механических проблемах снова приводит к вопросу: что же заставляет брошенное тело, наконец, остановиться?

Из простых машин Аристотель правильно объясняет действие рычага:

«Большим плечом рычага можно приподнять больший груз, потому что большее плечо производит большее движение»;

или

«Сила, приложенная на большем расстоянии от точки опоры, легче двигает груз, так как она описывает больший круг».

В этих положениях дано не только доказательство закона рычага, но и намечен закон сохранения силы. Он утверждает, что тела, у которых произведения весов на скорости равны, обнаруживают равное действие. К сожалению, отрадное впечатление, произведенное верным определением действия рычага, испорчено пространным исследованием, в котором Аристотель, не довольствуясь этими доказательствами, старается объяснить загадочность этого действия столь же загадочными свойствами круга.

Закон рычага — лучшая часть аристотелевской механики. Почти все остальное испорчено несчастной гипотезой абсолютно тяжелых и абсолютно легких начал! Причем механика жидких тел пострадала от неё больше механики твердых тел. Из гипотезы следует, что вода не может быть тяжелой по отношению к земле, а воздух — к воде, и что, следовательно, вода не может производить давления на землю, а воздух — на воду. Вот почему Аристотель для объяснения явлений присасывания должен изобрести отвращение природы от пустого пространства, horror vacui, несмотря на то, что ему известна тяжесть воздуха и что он даже пробовал его взвешивать.

Акустические и оптические явления рассматриваются им при описании органов чувств. Рядом со множеством темных и неверных данных, рядом с пустым набором слов здесь встречается много точных наблюдений, много глубоких и верных мыслей, так что заслуги Аристотеля в этих областях следует поставить гораздо выше, чем в области механики. Звук происходит не вследствие того, что звучащее тело своим давлением сообщает воздуху известную форму, как думают некоторые, а оттого, что оно определенным образом приводит воздух в движение. Воздух при этом сжимается и растягивается и ударами звучащего тела проталкивается все далее и далее, отчего звук и распространяется во всех направлениях:

«Не всякое тело дает при толчке звук; полые же тела звучат потому, что вслед за первым толчком они производят ряд других вследствие отскакивания, так как частицы, приведенные в движение, оторваться не могут. Ни воздух, ни вода (когда звук распространяется через последнюю) не являются причиной звука; для образования последнего необходим удар твердых тел друг о друга и о воздух. Воздух сам по себе беззвучен вследствие подвижности своих частиц, но если это передвижение встречает препятствие, то движение воздуха становится звуком. Воздух замкнут в полостях уха в состоянии неподвижности для того, чтобы можно было резко ощущать тончайшие различия движений». «Эхо возникает, когда воздух встречает на пути своего движения стену и отбрасывается назад подобно мячу».

При исследовании зрения Аристотель восстает против теории зрительных лучей, исходящих из глаза:

«Если бы видение зависело от света, исходящего из глаза, как из фонаря, то почету бы нам не видеть в темноте? Предполагать, что свет гаснет, когда по выходе из глаза попадает в темноту, — бессмыслица».

Прежние философы, присваивавшие каждому органу чувств особое начало, присвоили глазу огонь. Разделяя это воззрение в общем, Аристотель полагает, что по отношению к глазу следовало бы огонь заменить водой:

«Орган зрения состоит из воды; орган, воспринимающий звуки, — из воздуха; орган обоняния — из огня; орган, служащий для осязания, — из земли; вкус есть род осязания. Глаз состоит из воды, но зрение зависит не от жидкого его состояния, а от прозрачности. Это свойство вода разделяет с воздухом, но она воспринимает и сохраняет образы лучше воздуха; вот почему зрачок и глаз состоят из воды. Душа находится не на поверхности глаза, но внутри; поэтому необходимо, чтобы внутренняя часть глаза была прозрачна и доступна свету».

Цвета, по Аристотелю, не представляют чего-нибудь абсолютно видимого, они только присущи видимым предметам и происходят вследствие того, что свет наблюдается сквозь темное, а свет и тьма смешиваются между собою. Так, солнечный свет, видимый сквозь туман, кажется красным, а радуга происходит оттого, что солнце, отражаясь в более темных облаках, дает все цвета.

Теплоту Аристотель рассматривает как основное качество, присущее прежде всего огню как стихии, но вместе с ним и всем телам. Так как огонь по своей природе постоянно стремится кверху, то этим объясняется испарение воды, плавание тел и т. д.

Одна из характерных черт философии Аристотеля (и этим объясняется сила ее влияния на научное сознание Средневековья), — ярко выраженная замкнутость и законченность. Ограничив круг своей Вселенной, Аристотель двигался в этом кругу совершенно уверенно и категорично. Его система носила явственную печать того убеждения, что все необходимое и достаточное для решения теоретических вопросов в ней уже дано.

Характерна для его физики также тенденция к чисто качественному мышлению. Категории «материи», «формы» и «движения» аристотелева учения о природе с самого начала исключают любую возможность количественной математической обработки. Все многочисленные попытки такого рода, предпринимавшиеся в конце Средневековья, оказались совершенно бесплодными.

Наконец, отметим, что учение Аристотеля формировалось достаточно долго, не в течение жизни одного человека.

Историки науки отмечают, что непосредственные последователи Аристотеля, Евдем и Теофраст (написавший историю философской физики от Фалеса до Аристотеля в 18 книгах, не дошедших до нас) пытались развивать его учение. Но позднее это уже не повторялось, и школа перипатетиков порождала одних рабских истолкователей великого мыслителя. А в Средние века Аристотель владычествовал над умами. Оставим это на совести историков.

Историки науки различают два научных подхода: натурфилософский и математический. Один в их глазах «плохой», а другой — «хороший». Натурфилософ Аристотель оставил потомству почти только одни физические заблуждения, а величайшего из древних математиков, Архимеда, нельзя упрекнуть ни в одном промахе. Поэтому Архимеда любят называть первым физиком, и это можно было бы допустить, если бы в науке был важен лишь только результат; при требовании же от физика еще и физического метода исследований такое название окажется неправильным.

Архимед был в такой же мере математиком, как Аристотель философом. Архимед и в самом деле сделал несколько физических опытов и передал потомству ряд физических наблюдений, дотоле неизвестных, но при своих исследованиях он ни разу не обратился сознательно к наблюдению, как физическому методу, и, как мы позже увидим, во всех его исследованиях преобладает математический интерес. Он сам рассматривал свои физические работы лишь как приложение математики.

Эллинские философы развивали синкретическое, то есть не разделенное знание. Но по мере накопления материала неизбежно должен был наступить этап разделения. Появились те, кто занимался преимущественно математикой, и те, кто занимался преимущественно астрономией. Евдокс ввел математику в астрономию; Архит первым приложил ее к механике, а александриец Евклид первым из математиков разработал, по крайней мере, одну часть физики (оптику) совершенно независимо от философии.

Приход математики в физику делает ее более определенной. Не одна механика получает прочные основы в трудах Архимеда, оптика тоже становится на твердую почву благодаря Евклиду и Птолемею, определившим чисто математическим путем ход световых лучей. Также практические нужды сказывают благотворное влияние на развитие науки. Механики, подобные Герону, сооружают механические снаряды и описывают их научным образом.

Этот период характеризуется и сменой места научного центра. Им теперь стала Александрия.

 

Александрийская ученость

Евклид, представитель математической школы в Александрии, оставил по себе, сверх знаменитых геометрических книг, несколько сочинений по физике, относительно которых существует сомнение, вполне ли они подложны или же только снабжены позднейшими прибавлениями. Из них «Гармоника» представляет незначительный интерес, зато «Оптика», трактат по теории перспективы (скенографии), а еще более «Катоптрика» сделались краеугольными камнями соответственных отделов физики, хотя не были чужды ошибок.

В своей «Оптике» Евклид придерживался учения Платона о зрительных лучах, исходящих из глаза. С другой стороны, он дает верное определение зависимости кажущейся величины предмета от угла зрения, хотя и здесь впадает в ошибку, полагая, что величина обусловливается исключительно углом зрения. Относящиеся сюда положения евклидовой «Оптики» следующие: лучи, выходящие из глаза, распространяются по прямым линиям на некотором расстоянии друг от друга. Фигура, описываемая зрительными лучами, имеет форму конуса, вершина которого лежит в глазу, а основание — на границе видимого предмета. Предметы, рассматриваемые под одинаковым углом зрения, кажутся равными по величине.

«Катоптрика» Евклида не сохранилась, приписываемый этому автору текст был, по-видимому, позднейшей компиляцией. Она заключал в себе следующее основное положение: если зеркало лежит в горизонтальной плоскости, на которой отвесно стоит предмет, то для линий, проведенных между глазом и зеркалом, с одной стороны, и между предметом и зеркалом — с другой, получится то же отношение, которое существует между высотами глаза и предмета. Отсюда вытекает закон отражения: зеркала плоские, выпуклые и вогнутые отражают падающие лучи под равными углами, причем изображение и предмет лежат в плоскости, перпендикулярной к плоскости зеркала. Для сферических зеркал Евклид справедливо доказывает еще, что лучи, отражающиеся от вогнутых зеркал, могут быть сходящимися и расходящимися, от выпуклых же зеркал — только расходящимися. Евклид формулирует ошибочную теорему: фокус вогнутого зеркала находится или в центре его шаровой поверхности, или между этим центром и зеркалом.

Евклида можно признать основоположником учения о прямолинейном распространении света и законов отражения, двух существенных положений геометрической оптики, ведь его законы отражения превратили все проблемы отражения лучей в чисто математические задачи. Для Евклида оптика представляла только математический интерес, поэтому для него было не очень важно, идет ли луч света из глаза к предмету или же наоборот.

Вероятно, затем это сочинение было оттеснено на второй план более объемной «Катоптрикой» Архимеда (также утерянной), содержавшей строгое изложение всех достижений греческой геометрической оптики.

Перейдем же к Архимеду. Его биография, как и некоторых других ученых той поры, подробно прописана.

Считается, что он был другом и родственником царя Гиерона, правившего Сиракузами, но принимал участие в общественных делах лишь своими физическими познаниями и своей изобретательностью. Научные исследования поглощали его до такой степени, что ему приходилось напоминать про еду и питье и силой отправлять в купальню, где он во время растираний продолжал чертить геометрические фигуры на песке.

А вот сказка из книг Витрувия: царь Гиерон хотел пожертвовать в храм золотой венец и велел отвесить мастеру надлежащее количество золота. Мастер представил венец, но ходили слухи, будто он заменил часть золота серебром. Архимед, которому царь поручил расследовать это дело, долго думал над решением вопроса, пока, наконец, оно не возникло в его уме внезапно в то время, как он сидел в ванне. Вне себя от радости он выскочил из воды и раздетый побежал по улицам Сиракуз, повторяя знаменитое «эврика» («нашел») согражданам, смотревшим на него с понятным удивлением.

Оказывается, Архимед додумался опустить в сосуд, наполненный водой, слиток золота, равный по весу венцу, и нашел, что он вытесняет воды меньше, нежели последний. При повторении опыта со слитком серебра получилось обратное. Таким путем не только был доказан обман вообще, но и удалось определить, сколько именно золота было заменено серебром.

Об Архимеде рассказывают вообще много чудес. Такова басня о корабле, над которым в течение полугода трудилось 300 рабочих и который, будучи обложен свинцовыми листами для защиты от червей, оказался настолько тяжелым, что не мог быть снят со стапелей. Архимед при помощи своих машин легко стащил его в море один. Другой большой военный корабль был приведен им к берегу посредством рычагов, канатов и блоков. Ему приписывают фразу, сказанную Гиерону: «Дай мне точку опоры, и я подниму землю».

Рассказывают, что когда Сиракузы подверглись преследованию римлян, он создал ряд машин. При их помощи на римлян, осаждавших город, сыпался такой град стрел и камней, что войско бежало, лишь завидев на вершине стены канат или столб. Осаждавшим с моря приходилось еще хуже: как только они приближались к стене, сверху спускалась железная лапа (крюк на цепи, прикрепленный к столбу), хватала корабль за носовую часть и держала его отвесно, пока экипаж и вооружение не сваливались в море. Затем лапа корабль бросала, причем тот мгновенно тонул. Подобные сказки рассказывает Плутарх, а за ним Ливий и Полибий. Всё это наглядное доказательство, до какой степени ненаучно и некритически писались тексты в Средние века.

Еще одна общеизвестная басня возникла, по-видимому, в XII веке. Она приписывает Архимеду сожжение неприятельского флота посредством вогнутых зеркал, которыми он с высоты стен собирал солнечные лучи и направлял на римские корабли. Многие физики старались найти какое-нибудь разумное основание для этого предания, но безуспешно. Еще в XVII веке патер Кирхер считал такую вещь возможной, потому что ему самому удалось получить значительное повышение температуры на расстояние 30 метров комбинацией из пяти плоских зеркал. Бюффону удалось зажечь доску, намазанную дегтем, на расстоянии 100 метров при помощи установки 168 зеркал. Однако по отношению к флоту подобный эксперимент не имел бы успеха уже потому, что корабль в случае подобной опасности не остался бы неподвижным на месте. Возможно, что в основу этого мифа легли рассказы о позднейшем применении в морских сражениях сосудов с горящей зажигательной смесью (нефтью).

Даже в XV веке зеркала стоили огромных денег. Обычные, плоские зеркала из стекла. Делать сферические, да еще с заданным заранее фокусом, не могли. Металлические в традиционное время Архимеда тоже были бы слишком дороги, и та же неразрешимая задача: как задать изделию нужную сферичность.

Родного города Архимеду, однако, отстоять не удалось, были у него зеркала, или нет. Мало того, при занятии Сиракуз он попался на глаза какому-то римскому солдату и был убит. Но на этом чудеса не кончаются. Оказывается, сиракузяне о таком знаменитом земляке ничего не знали, пока им не рассказал о нем приехавший на остров через 137 лет после его смерти квестор Цицерон. Ему пришлось лично разыскать и указать могилу гения неблагодарным потомкам. Достойное завершение сказок об Архимеде.

Основные сочинения Архимеда, относящиеся к физике — «О равновесии плоскостей» и «О плавающих телах».

Трактат «О равновесии плоскостей» исходит из принятого положения, что равные по весу величины, действующие на одинаковых расстояниях, находятся в равновесии. Отсюда вытекает другое положение: если две равные по весу величины не имеют общего центра тяжести, то центр тяжести величины, полученный от сложения обеих, будет лежать посередине прямой, соединяющей центры тяжести обеих величин. При помощи этих положений Архимед доказывает справедливость закона рычага. Именно: если к рычагу привешены два груза, то на основании второго положения можно разделить каждый груз на 2, 4, 8 равных частей и привесить их попарно в равных расстояниях от первоначальных точек привеса, не нарушая действия. Если же первоначальные два груза имеют массу, обратно пропорциональную их расстояниям от точки опоры рычага, то отдельные части грузов могут быть распределены по обоим плечам рычага так, что на обоих будет находиться равное число грузов на попарно равных расстояниях. Отсюда следует, что система находится сейчас и, соответственно, раньше должна была находиться в равновесии. Это доказательство возбуждало много возражений, но тем не менее оно очень долго не заменялось каким-либо другим, более строгим.

Сочинение «О плавающих телах» основано на положениях, что жидкость во всех частях однородна и непрерывна и что во всякой жидкости менее сжатая часть смещается другой, более сжатой; наконец, что всякая часть жидкости претерпевает давление от лежащей отвесно над нею жидкости. Отсюда выводится, что поверхность покоящейся жидкости должна иметь сферическую форму, концентрическую с поверхностью земли; что тело, которое легче жидкости, погружается в нее до тех пор, пока вес тела не сравняется с весом вытесненной жидкости. Что тело, насильственно погруженное в жидкость, всплывает с силою, равной избытку веса жидкости над весом тела. И, наконец, что тело более тяжелое, чем жидкость, погружается в нее совсем и теряет вес, равный весу вытесненной жидкости. Вслед за этим наиболее знаменитым из своих положений Архимед высказывает новую гипотезу: «Все тела, вытесняемые жидкостью кверху, двигаются по отвесной линии, проходящей через их центр тяжести».

По свидетельству Плутарха, сам Архимед считал свои практические изобретения ничтожными по сравнению с теоретическими работами. В дошедших до нас сочинениях он следует чисто математическому методу; ко всем физическим основам относится как к простым гипотезам, никогда не объясняя, каким образом он пришел к ним. Архимеду приписывали 40 механических изобретений, большинство которых осталось неизвестным, так как сам он о них не упоминает. А известны: зажигательное зеркало, водоподъемный винт, бесконечный винт, полиспаст и чрезвычайно сложный планетарий. Последний, якобы, наглядно представлял движение планет вокруг Земли, причем простым поворотом рукоятки Солнце, Луна и планеты приводились в движение вокруг Земли, вращаясь сравнительно правильно с соблюдением правильных соотношений периодов, и получалось даже затмение Солнца Луной.

А видел планетарий тот самый Цицерон, который после ознакомления с этим механизмом пришел к убеждению, что Архимед обладал гением, почти несовместимым с человеческой природой. Кроме Цицерона никто планетария не видел, а мы и в XXI веке не знаем такого механизма, чтобы простым поворотом рукоятки можно было воспроизвести движение планет.

Архимед не основал никакой школы и имел весьма мало непосредственных преемников. В глазах современников он был каким-то божеством, которому поклонялись, но по следам которого никто не решался идти. И тут можно согласится со словами Плутарха:

«Во всей геометрии нельзя найти теорем более трудных и глубоких, чем те, которые Архимед решает самым простым и наглядным образом. Одни приписывают эту ясность его гениальному уму, другие — упорной работе, при которой самые трудные вещи делаются легкими. На взгляд, кажется, невозможно придумать объяснения ни для одной из теорем Архимеда, но, когда прочтешь данное им решение, кажется, будто найти его ничего не стоило, до того оно легко и просто».

Еще двое знаменитых механиков — Ктесибий и его ученик Герон жили в Александрии. Оба успешно занимались физическими исследованиями и интересовались наукой не только с теоретической, но и с практической стороны. Ктесибию приписывают изобретение духового ружья и нагнетательного насоса. Его водяные часы замечательны тем, что при описании их впервые упоминается о зубчатых колесах. Система колес приводилась в движение корабликом, плавающим на поднимающейся поверхности воды, и роняла камешки в металлический тазик, указывая число часов. Собственно водяные часы, конечно, не были изобретением Ктесибия. Витрувий, якобы со слов Герона, описывает еще и водяной орган Ктесибия, но так сбивчиво, что нет возможности уяснить себе его механизм.

Герон тоже занимался изготовлением водяных часов, но прославился главным образом пневматическими машинами, которые он подробно описывает в своем сочинении «Пневматика». К таким машинам принадлежит геронов фонтан, геронов шар, паровой волчок и эолипил, который он приводил в движение то паром, то нагретым воздухом. Из этого ясно, что Герон знал о расширении воздуха и искусно умел пользоваться его упругостью, однако нигде не заметно, чтобы он подвинул вперед механику газов. Важнее в теоретическом отношении его сочинение «О домкрате», действие которого он выводит из закона рычага. Его математические сочинения погибли, в том числе и «Начала механики».

Трактат Герона «Катоптрика», ранее принимавшийся за сочинение Птолемея, содержит ряд новых моментов по сравнению с одноименными работами Евклида и Архимеда. В нем Герон обосновывает прямолинейность световых лучей бесконечно большой скоростью их распространения. Он приводит доказательство закона отражения, основываясь на предположении, что путь, проходимый светом, должен быть наименьшим из всех возможных; это частный случай принципа, обычно связываемого с именем Ферма.

Вслед за законом отражения Герон рассматривает различные типы зеркал, особое внимание уделяя цилиндрическим зеркалам. В заключение в трактате приводятся примеры применения зеркал, в том числе для театральных представлений. В другом трактате — «О диоптре», Герон описывает универсальный визирный инструмент диоптру (как назвал его автор), сочетавший функции позднейших теодолита и секстанта. Наводка диоптры осуществлялась путем вращения вокруг двух осей, вертикальной и горизонтальной. Для более точной установки служил микрометрический винт, впервые описанный именно в этом сочинении. А это автоматически делает его более поздним произведением, так как изготовление столь тонкого устройства еще долго было невозможным.

Со времен Герона все ученые стали разделять оптику на катоптрику, то есть науку об отражении, и диоптрику, науку об изменении направления световых лучей при попадании в прозрачные среды, например воду или стекло, или, как мы теперь говорим, о преломлении. Явление преломления еще не рассматривалось Героном.

Другое сочинение Герона — «О строении метательных снарядов», употреблявшихся в его время, написано не в научном тоне, а популярно, для понимания широкими массами.

Филону Византийскому приписывают сочинение о строении баллист и катапульт. Из его трактата о механике, посвященного тем же вопросам, что и сочинения Герона, уцелело только несколько цитат, приведенных Паппом.

Клеомед, в общем, мало известный писатель. Он интересен тем, что в его сочинении мы находим замечательные оптические наблюдения, связанные, по всей вероятности, с его астрономическими исследованиями. Он не только знает, что луч при переходе из менее плотной среды в более плотную и наоборот преломляется, но и что в первом случае отклоненный луч приближается к перпендикуляру, а во втором удаляется от него. Он описывает следующий опыт: нужно стать так, чтобы кольцо, положенное на дно сосуда, скрылось за его краями; затем, не изменяя положения глаз, достаточно налить в сосуд воды, чтобы все кольцо стало видным. Из этого опыта Клеомед выводит, что вследствие преломления лучей мы видим солнце, уже зашедшее за горизонт.

Клавдий Птоломей — фигура легендарная. Его авторитет может конкурировать только с авторитетом Аристотеля. Византийцы, арабы, жители Западной Европы относились к нему с одинаковым уважением, и когда наконец его авторитет начал колебаться, римская церковь старалась отстоять его всем своим могуществом.

Своей громкой славой Птоломей был обязан обширному астрономическому труду «Великое математическое построение в астрономии», в тринадцати книгах которого содержатся все достижения византийской астрономии. Император Фридрих II, король Сицилии (1194–1250), почитатель арабской учености, приказал перевести это сочинение с арабского на латинский язык, и хотя позднее оно было переведено прямо с греческого, но сохранило арабское название «Альмагест». Для того чтобы согласовать видимое движение планет, Птолемею пришлось создать такие сложные теории их движения, что он сам, как бы извиняясь, замечает: «Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение». Эта-то сложность и была в конце концов причиной падения системы мира Птолемея. Правда, сегодня есть мнение, что ее творцом был Гиппарх.

Как в «Альмагесте» Птолемея собраны все современные ему астрономические знания, так в его трактате по оптике — все оптические знания, причем считается, что Птолемей дополнил их самостоятельными исследованиями. В начале XVII века об «Оптике» упоминают как об общеизвестной книге. Затем она исчезает из обращения, и только в 1800 году Лаплас открывает ее в парижской библиотеке в виде латинского перевода с арабского. В ней разбирается теория зрения, отражение света, теория плоских и сферических зеркал и, наконец, преломление света. Интереснее и важнее прочих последняя часть. Птоломей, правда, не знает закона преломления, считая угол падения и преломления пропорциональными в одинаковых средах, но все же довольно точно измеряет углы, образуемые падающим и преломленным лучом с перпендикуляром для воздуха и воды, воздуха и стекла, стекла и воды.

Вопреки Аристотелю, Птолемей, подобно Евклиду, считает, что лучи исходят из глаза. По-видимому, спор об этом предмете должен был казаться ему бесцельным, тем более, что математическая форма оптических законов остается неизменной, будут ли прямолинейные световые лучи исходить из глаза или из предмета.

Но были те, кому этот вопрос был важен. Например, Дамиан, сын Гелиодора Ларисского, говорит в своей «Оптике»:

«Очертание наших глаз — не имеющих полой структуры и не похожих на другие органы, приспособленные для восприятия извне — а также их сферическая поверхность доказывают, что свет исходит из них. Дальнейшими доказательствами служит блеск глаз и способность некоторых людей видеть ночью без наружного освещения».

Или:

«Распространение глазного и солнечного света до крайних пределов небосвода происходит мгновенно. Подобно тому, как мы видим солнце, затемненное облаком, в самый момент удаления облака, так же мгновенно видим небо, когда поднимаем глаза наши кверху».

Законы преломления представляли для Птоломея особый интерес, так как он заметил, что место светил изменяется вследствие преломления лучей в воздухе. Хотя он не измерял астрономической рефракции, но все же видел ясно, что она в зените равна нулю и постепенно возрастает по направлению к горизонту. В преломлении он полагал причину того, что околополюсные звезды описывают с виду не настоящие, а сплющенные круги вокруг полюсов.

В его трактате о гармонических звуках содержится мало нового и важного в физическом отношении, хотя эти книги весьма ценны для понимания греческой музыки.

Папп, один из последних александрийских математиков, оставил в своих восьми книгах «Математического сборника» замечательные работы по механике. О том, что математические исследования по вопросу о центре тяжести тел не прекратились окончательно после Архимеда, видно из закона, который изложен Паппом в седьмой книге сборника, как самостоятельное его исследование. Закон этот впоследствии был вновь открыт Гульденом и назван его именем. Фигуры, описываемые вращением линии или площади вокруг данной оси, находятся в сложном отношении к вращающимся фигурам и путям, описываемым их центрами тяжести.

В восьмой книге Папп впервые различает пять так называемых основных машин: рычаг, клин, винт, блок и ворот, и приводит рисунок полиспаста. Ему не удается вывести действия наклонной плоскости из закона рычага главным образом потому, что он не умеет отличить действия трения от действия тяжести. Но при тогдашнем положении науки о движении этих сведений и нельзя было иметь. Исходя из того факта, что нужна уже некоторая сила, чтобы двигать тело по горизонтальной плоскости, и что сила эта должна возрастать по мере увеличения наклона последней, Папп старается вычислить, насколько сила, двигающая тело по наклонной плоскости, должна быть больше силы, двигающей его по горизонтальной. Он обошел бы эти затруднения, если бы задался вопросом: какая часть веса тела нужна для того, чтобы удержать тело на наклонной плоскости. В этой форме, однако, вопрос поставил позднее Кардан, не найдя, впрочем, точного решения.

Мы можем отнести Паппа ко временам царствования византийского императора Феодосия I на основании показаний византийского лексикографа Свиды (X век).

О Прокле (412–485) сообщают, что он, подобно Архимеду, сжег римские корабли при осаде Константинополя посредством вогнутых зеркал. Из других его достижений — попытки научными доводами объяснить влияние небесных светил на судьбу живых существ.

Антемий, строитель знаменитого византийского собора в Константинополе, доказывает, что зажигательные зеркала воспламеняют предметы только вследствие способности собирать множество солнечных лучей в одну точку; и далее, что лучи, выходящие из одной точки, соединяются снова в одну точку лишь при условии эллиптической формы зеркальной поверхности. Он не верил, чтобы Архимед мог зажечь римский флот при помощи сферического зеркала, но пробовал зажигать отдаленные предметы сложной системой плоских зеркал. О Прокле, который был почти его современником, он не упоминает.

Про Антемия рассказывают, будто бы он поставил в своем погребе паровые котлы и посредством труб подвел пар под дом ненавистного ему соседа, римлянина Зенона. Встряска была такой сильной, что Зенон подумал, будто его дом рушится от землетрясения.

Два слова о так называемой римской науке. Сами историки отмечали, что среди ее представителей не было людей Рима. И они ее определяют как науку эпохи Римской империи, созданную учеными, писавшими на греческом языке; римлян же среди них не было. Чем же она отличается от византийской науки?

 

Средневековая византийская физика

Нас не удивляет, что в Византии VI–X веков работам по физике эллинского периода уделяли большое внимание: ведь эти работы именно тогда и появились. В это время в физику включали всю совокупность знаний о природе, а именно собственно физику, географию, зоологию, ботанику, минералогию и медицину.

Историки сообщают, что свои знания по естествознанию византийцы черпали из книг, в частности из трудов Аристотеля. Но вдруг оказывается, что этот интерес к трудам классика требовал их новых изданий; что последовательность расположения книг внутри отдельных произведений нередко была нарушена, а места их перепутаны; что смысл ряда текстов был затемнен, и по содержанию списки тоже не совпадали; что в Византии делались краткие резюме основных идей Аристотеля, и эти резюме хоть и придерживались текста оригиналов, но часто дополнялись новым материалом, выдержками из работ более поздних ученых, высказывавшихся на эту же тему… По свидетельству Симпликия, тексты аристотелевой «Физики», оставшихся от двух его ближайших учеников, — Феофраста и Евдема, значительно отличались друг от друга.

Все это означает, что в Византии труды Аристотеля не только редактировались, но по сути создавались заново.

До нас дошли комментарии Фемистия, Симпликия, Иоанна Филопона, Олимпиодора к Аристотелю и к сочинениям других «древних». Эти комментарии имеют неоценимое значение; они во многом облегчают понимание науки, особенно наиболее трудных мест из Аристотеля и других. А что значит, разъяснить трудные для понимания места? Это значит, написать свою работу на данную тему.

Каждый из названных авторов по-разному подходил к решению стоящих перед ним задач. Самыми знаменитыми комментаторами произведений Аристотеля были ученики Аммония, профессора Александрийской школы, — Симпликий и Иоанн Филопон. Их отличала всесторонняя и глубокая образованность, самостоятельность в решении физических проблем и ясность мышления. При этом Симпликий не выходил в своих комментариях за рамки неоплатонической традиции. Иоанн Филопон был христианином, но несмотря на это, по некоторым теологическим вопросам высказывал мнения, существенно расходившиеся с догматами христианского вероучения. В споре с язычником-неоплатоником Олимпиодором Иоанн Филопон отрицал вечность Вселенной и доказывал идентичность природы небесных тел и предметов подлунного мира.

Фемистий же неотступно следовал за Аристотелем. Как и его кумир, он считал воздух, окружающий брошенное тело, одновременно и движущимся, и приводящим в движение. Напротив, Симпликию такое объяснение казалось искусственным. Он предположил, что бросающий снаряд сообщает движение ему, а не воздуху. Тем не менее, Симпликий не решался отказаться от гипотезы Аристотеля.

Эту концепцию и ряд других положений натурфилософии Аристотеля подвергал критике Иоанн Филопон. Он утверждал, что бросающий передает камню некую внутреннюю силу, поддерживающую в течение определенного времени его движение, а не воздуху, который ничего не привносит в движение, а если привносит, то очень мало. Характеризуя эту силу, Иоанн Филопон представлял ее бестелесной и не имеющей ничего общего ни с воздухом, ни с какой другой средой. От ее величины зависит скорость бросаемого предмета. Сопротивление среды, в которой он летит, может только уменьшить его скорость, которая будет максимальной в пустоте. В средневековых латинских текстах сила, которая сообщается движущемуся телу, называлась импетус (импульс, напор, натиск, стремление вперед). Идея импетуса являлась предвосхищением понятий импульса и кинетической энергии.

Вполне возможно, что Иоанн Филопон проводил какие-то опыты с падением предметов в различных средах. Экспериментировал и Симпликий. Изучая поднятый Аристотелем вопрос об изменении веса тела по мере приближения его к «естественному» месту, он на основании своих опытов отрицал разницу между пустым бурдюком и бурдюком, наполненным воздухом. Аристотель же считал вес надутого бурдюка больше, чем пустого, ненадутого.

Большой интерес к проблемам механики проявляли математики Евтокий, Анфимий из Тралл и Исидор Милетский, которым были известны не только труды Архимеда, но и работы Герона, в частности его «Механика». Свое знание законов механики, творчески усвоенных, последние применили при строительстве храма св. Софии.

Познания византийцев в области оптики — науки о зрении, катоптрики — теории отражения лучей от зеркальных поверхностей, и диоптрики — учения об оптических измерениях, основывались на трудах Аристотеля, Евклида, Герона, Птолемея.

Трактат Евклида «Оптика», излагающий теорию перспективы, был обработан и переиздан Феоном Александрийским. Закономерности отражения параболических зеркал были сформулированы в работе Анфимия из Тралл «О зажигательных зеркалах». По-новому подошел к решению вопроса о прямолинейном прохождении световых лучей Олимпиодор. В отличие от Герона, который в своей «Катоптрике» установил зависимость прямолинейности световых лучей от бесконечно большой скорости их распространения, более поздний византийский философ доказывал целесообразность устройства всего в природе, которая, по его словам, не терпит никаких излишеств. Это имело бы место, если бы для прохождения света она выбрала бы не самый короткий путь.

Таким образом, в христианской Византии были подвергнуты критике отдельные положения эллинских ученых и высказаны некоторые верные догадки по ряду вопросов физики. Но теория этих дисциплин развивалась медленно. Византийцев, полагают историки, больше интересовала практическая сторона дела, они старались применить достижения своих предшественников к решению насущных технических проблем, а в области теории всего лишь пытались осмысливать идеи, высказанные древними.

Ученые из числа ортодоксальных христиан стали рассматривать физику как вспомогательную науку, находящуюся на службе религиозной метафизики. У них был и свой взгляд на природу. Если для эллинов природа — реальная действительность, то для христиан она — творение Бога, его символ, воплощение его идей. Во всех явлениях природы они видели действие божественного промысла, иллюстрацию религиозных и моральных истин.

Однако наличие двух систем понимания природы — эллинской и христианской (аллегорическо-дидактической) не могло не привести к появлению синтезированной из их элементов идеи. И она появилась в Византии в труде Михаила Пселла «Всеобщее наставление» и в монодии, написанной им для утешения пострадавших от землетрясения в сентябре 1063 года. Хотя он считал Бога творцом видимого мира, природа выступает у него в ином качестве, она предстает отдельной от создавшего ее Творца, существующей самостоятельно, независимо от Него. Она живет и действует, подчиняясь лишь закономерностям, которые были ей даны при сотворении, и которые могут быть познаны человеком. Природа у Пселла является объектом самостоятельного рассмотрения. Он стремится дать рациональное объяснение природным явлениям окружающего мира.

Пселл, рассказывая о различных природных явлениях, указывает на первопричину и непосредственную причину, вызвавшие их. Оставаясь человеком своего времени, под первопричиной он подразумевал Бога, а в своем объяснении причинной связи явлений природы пытался совместить законы «Физики» Аристотеля с действиями божественного промысла. В труде «Всеобщее наставление», трактате по метеорологии, комментарии к «Физике» Аристотеля и других работах много внимания он уделял разработке физических проблем. Им были собраны и обработаны сведения о материи, движении, цвете, эхо, дожде, громе, молнии и т. п.

Византийцы проявляли огромный интерес к самым разнообразным проявлениям природы; не только ученые, но и историки, и агиографы, и авторы богословских трудов считают своим долгом рассказать об атмосферных явлениях, землетрясениях и других стихийных бедствиях, вскрыть их сущность и причины.

О грозных атмосферных явлениях, падающих звездах, блуждающих огнях, кометах писал патриарх Никифор. Он считал их наказанием Творца за оскорбления, нанесенные ему иконоборцами. Одновременно он критиковал, называя их искусниками, людей, которые пытались дать этому естественнонаучные объяснения.

Анна Комнина сравнивала с физическими явлениями те или иные события царствования своего отца. Так, повествуя о прибытии Алексея I в Фессалонику, она сравнивает направившихся к нему навстречу жителей окрестных регионов с тяжелыми телами, которые стремятся к центру. Иоанн Дамаскин в «Источнике знаний» рассуждает о происхождении термальных вод. Патриарх Фотий в «Библиотеке» также касается физических вопросов, и прежде всего фиксирует свое внимание на природе землетрясений. Симеон Сиф в «Общем обзоре начал естествознания» поместил данные о субстанции неба и земли, материи и форме, месте и времени, душе и духе и пяти чувствах. Евстратий Никейский в своих сочинениях также останавливается на вопросах происхождения дождя, снега, града, грома, молнии, землетрясений, термальных вод.

Рассказывая о природных явлениях, византийцы большое внимание уделяли их описанию, а не изучению закономерностей. Понятие об эксперименте было им чуждо. Все спорные вопросы решались умозрительно. Основным источником их знаний об окружающем мире были не сама природа или наблюдения за ее явлениями, а книги, прежде всего труды Аристотеля и его комментаторов: Олимпиодора, Прокла, Иоанна Филопона а других.

Долгое время обсуждался вопрос о причинах землетрясений. Ортодоксы считали их божьей карой за грехи человечества. Ученые же стояли на точке зрения Аристотеля, разработавшего теорию, согласно которой землетрясения вызываются воздухом, скопившемся в трещинах земли. А патриарх Фотий полагал, что они порождаются избытком воды в недрах земли, а не обилием воздуха, и не грехами. Впрочем, это не мешало ему в других сочинениях трактовать землетрясение как чудо.

По мнению Михаила Пселла, землетрясения порождает Бог, однако непосредственная их причина — исходящий из недр земли воздух, который из-за большой ее твердости уплотняется и под большим давлением устремляется наружу, что и вызывает сотрясение земли. Также и Симеон Сиф, и Евстратий Никейский первоначально указывают сверхъестественную причину землетрясений, утверждая, что без божественного позволения в природе ничего не происходит, а потом вспоминают и причину физического порядка.

Естественными причинами объясняет Евстратий Никейский и происхождение термальных вод. Он категорически отвергает мнение Ефрема Сирина, считавшего их источником ад, на том основании, что если бы вода вытекала из ада, то она была бы вредоносной и несла бы смерть и разрушение. В действительности же она обладает терапевтическими и даже целебными свойствами.

Евстратий Никейский придерживался концепции, согласно которой тело Земли пронизывают воздушные, огненные и водяные жилы, по которым соответственно струятся воздух, огонь и вода. Огненные протоки, расположенные поблизости от водяных, нагревают иногда до кипения текущую в них воду, которая в таком состоянии появляется на поверхности земли. Воздушные жилы, прилегающие к водоносным, наоборот, охлаждают в них воду, и она, становясь холодной, изливается из источников на землю. По обычаю, эту концепцию также приписывали Аристотелю.

Используя собственные наблюдения, решают византийские ученые вопросы солености морской воды. Так, Симеон Сиф объясняет причины этой солености постоянными, происходящими с поверхности моря испарениями, которые делают ее более плотной, а в результате вода приобретает соленый вкус. Данное явление он сравнивает с выделением соленого пота организмом человека, несмотря на то, что он потребляет только пресную воду. Теоретические положения для таких выводов опять же без всяких оснований приписывают Аристотелю. Впрочем, Симеон Сиф ссылается и на вмешательство божественного промысла, якобы по воле которого вода, становясь соленой, не подвергается гниению и не издает зловония.

Размышляли византийские мыслители и о том, почему при грозе человек сначала видит свет и только спустя некоторое время слышит звук. Михаил Пселл пытался объяснить данное явление естественными причинами: глаз улавливает свет раньше, чем ухо — звук, потому, что глаз имеет выпуклую форму, а ухо — полую. Симеон Сиф дал более рациональное объяснение: звуку для распространения требуется время, а свет в нем не нуждается.

Представленные в работах Михаила Пселла, Симеона Сифа и Евстратия Никейского концепции физического строения окружающего мира во многом отличаются от библейских представлений об устройстве мироздания, а в своих существенных чертах совпадают с работой «О возникновении и уничтожении», опять же приписываемой Аристотелю.

Все работы этих ученых, посвященные рассмотрению физических явлений окружающего мира, свидетельствуют о попытке согласовать эллинское учение с христианским вероучением, христианской доктрины с принципами эллинского миросозерцания. Однако и рационализм, зародившийся в науке во второй половине XI века, был ограничен. Принималось лишь то, что не вступало в явные противоречия с догмами христианства.

В палеологовский период, после латинского господства, в Византии продолжалось развитие научной мысли. Упомянем одного из ученых этого времени, Феодора Метохита. Он, говорят, уже видел ущербность идей, приписываемых Аристотелю, — хотя на самом-то деле он подвергал критике некое канонизированное учение прошедшего периода, что и логичнее, и вернее. Метохит обвинял аристотелизм в недооценке математики. Анализируя сочинения адепта Аристотеля Хумны, Метохит показывал, что его мышление в сфере физики, хотя и свидетельствует о некоторых заимствованиях у Платона, тем не менее статично и целиком покоится на качественной физике Аристотеля. Метохит упрекает своего противника в незнании Платона, в упущении одной из важнейших его посылок — количественного аспекта теории элементов, что, в конечном счете, является следствием недооценки значения математики.

Эта идея Метохита была своего рода провозвестницей научной революции XVII века, значительно расширившей применение математических методов в изучении физического мира.

Но надо иметь в виду, что многого их византийской науки мы не знаем, потому что немало книг (иногда вместе с учеными) было вывезено в XIII–XV веках в Западную Европу, и там они были использованы без ссылки на первоисточник.

 

Схоластика XI–XIII веков

В XI веке и Европа, наконец, начала проявлять склонность к занятиям науками. Вся ученость была здесь в руках церкви, поскольку издревле, как и везде, знаниями традиционно владели жрецы. Усложнение структуры общества, появление прослойки грамотных, склонных к размышлениям людей привели в конце концов к столь настоятельной потребности научного истолкования церковного учения, что знаменитый епископ Ансельм Кентерберийский (1033–1109) выразил, наконец, это общее стремление формулой: Credo ut intelligam, — верю, чтобы понимать.

Простой веры в догматы было уже недостаточно. Требовалось убеждение в их истинности, их нужно было доказать. А для доказательства требуется, между прочим, строгая логика, а для защиты положений, подвергающихся нападкам, ловкая диалектика. То и другое можно было найти только у эллинских философов, и потому христианская теология устремилась к памятникам классической образованности, дабы установить догматы на рациональной почве. Однако наука в руках религии и должна была слуэить интересам религии, неизменно признавая веру нормой познания, а церковное учение — критерием всякого исследования.

Ансельм говорит так:

«Истинно ли то, во что вселенская церковь верует сердцем и что исповедует устами, не должен подвергать сомнению ни один христианин. Но, веря непоколебимо, любя свою веру и живя согласно с нею, пусть каждый ищет в смирении основания для своей истины. Если он будет в состоянии постичь их, то пусть возблагодарит Бога; если же нет, то да не восстанет он против истины, а преклонив главу, да благоговеет».

Философия не должна учить ничему, чему не учит в то же время церковь, но она должна доказывать истину церковного учения свойственным ей способом, то есть независимо от всякого опыта.

Ансельм рассказывает, что братия просила его изложить письменно мысли, которыми он делился с ними устно.

«Они просили меня не заимствовать никаких решительных аргументов из Писания, но следовать обыкновенным и всем понятным приемам доказательства, соблюдая правила обыкновенных прений».

Ограниченная таким образом философия, известная под именем схоластики, господствовала в различных видоизменениях в течение всего средневекового периода. Лишь позже произошло отделение знания от веры, и еще позже знание получило свою независимость.

А сначала богословы усмотрели в начинающемся развитии независимой светской науки ересь. Уже Бернар Клервосский (1091–1153) признает всякое стремление к знанию ради знания языческим и ценит знание, лишь насколько оно служит для христианского назидания. Затем последовали уже упомянутые запреты аристотелизма на Парижском соборе и на Латеранском соборе при Иннокентии III. Однако вскоре церковь примирилась с греческим мудрецом, и встроила его учение в свою систему догматов. А поскольку отныне схоластика смотрела на физику как на побочное занятие, то уже по этому одному нельзя было ожидать, чтобы она двинула ее вперед.

Первым схоластикам были известны лишь немногие сочинения древних писателей; историки науки считают, что со всеми сочинениями Аристотеля европейцы познакомились только в XIII веке через посредство арабов. И с этого же времени начинается резкое и внезапное видоизменение и расширение философии. Но если мы вспомним, что с начала XIII века произошел захват Византии, и первая волна греческих эмигрантов появилась в Европе, то поймем, что именно в этом разгадка внезапного скачка учености в Европе.

Знакомство с византийской наукой открыли перед схоластиками путь к изучению природы и до известной степени поколебали исключительное господство религиозного элемента в философии. Произошло то же, что и с арабами при их знакомстве с византийской наукой — преклонение перед Аристотелем. Схоластики должны были признать естествознание, и оно вступило в умственный кругозор западных ученых.

Но философия, как и математика, имеет склонность только формально обрабатывать имеющийся материал. Неудивительно, что средневековая философия, не опиравшаяся ни на какое опытное знание, продолжала без устали пережевывать материал, доставленный ей Аристотелем. Она стала считать, что мир подчиняется Аристотелю, а не наоборот. Известна забавная история, — достаточно долго полагали, что муха имеет восемь ног, а не шесть, потому что так сказал Аристотель. А посчитать самим даже и не приходило в голову. Вот пример победы идеологии над знанием.

Аристотеля продолжали считать непогрешимым до кануна возникновения науки Нового времени, и наказывали за неуважение к нему. Простой пример: в последних годах XVI столетия профессор Падуанского университета Кремонини получал за лекции о естественнонаучных сочинениях Аристотеля 2000 гульденов в год. А Галилей, изгнанный аристотелианцами из Пизы, читал в том же университете лекции по математике за вознаграждение, равное заработку уборщика мусора.

 

Европейская физика XIII века

Величайший из схоластиков, Фома Аквинский (1226–1274), doctor angelicus, канонизированный в 1323 году, не настаивает на доказательности всех церковных догматов. Он отличает естественное богословие от откровения и тем самым отделяет до известной степени знание от веры. Фома Аквинский отверг неизменность субстанциальных форм и таким образом свел их к простым модусам, или качествам, и с нашей современной точки зрения это был большой прогресс. К сожалению, теория Фомы Аквинского отличается больше глубиной мысли, чем ясностью изложения; кроме того, автором не сделаны из нее все логические выводы.

Столь же знаменитый Альберт Великий (ок. 1193–1280), doctor universalis, при рассуждении о сотворении мира отвергает положение: «из ничего не возникает ничего» для богословия, но для физики считает его основным правилом. По этим уловкам можно уже видеть, что философия начала поднимать голову, а ее представители протаскивают идеи, не одобряемым богословием.

Иоанн Бресканский в 1247 году, оправдываясь в своих «заблуждениях», замечает, что положения, признанные епископом еретическими, были высказаны им в философском, а не в теологическом смысле. Епископ, разумеется, не удовлетворился этим объяснением, и впоследствии многие ученые подверглись карам за философские толкования богословских текстов.

Итак, в XIII веке философы оставались богословами, и в то же время постоянно прибегали к окольным путям, чтобы открыть для философии большую свободу развития, но еще не были физиками в научном смысле слова. Рассмотрим их деятельность подробнее.

Фома Аквинский придавал опыту большое значение, как видно из того, что он не считает онтологическое доказательство Ансельма непреложным и ставит на его место космологическое, согласно которому в бытии Бога, как творца, можно убедиться, так сказать, опытным путем, из факта существования Вселенной. Ошибочно было бы, впрочем, заключить из приведенного примера, что Фома Аквинский во всех случаях руководился опытом. В его главном сочинении «Summa Theologiae» встречается только одна глава, посвященная вопросам физики, которая вдобавок вполне согласна с аристотелевским учением. Зато он близко знаком с миром ангелов и выдает за верное, что звезды приводятся в движение не физическими, а духовными силами, по всей видимости, — ангелами.

Последний из великих схоластиков, Вильгельм Оккам (1270–1347), отвергал реальное существование общих понятий, признавая его лишь для отдельных предметов. Так как эти последние открываются только наблюдению и оно одно способно решить, существуют ли предметы или нет, то уже первым положением Оккама опыт признается единственной основой познания; а схоластика, безоговорочно считавшая свои общие понятия чем-то реально существующим и непреложным, рушится сама собой. Впрочем, Оккам не довел своего учения до конца. Его нельзя назвать опытным философом; он скорее упрямый казуист, не уступавшим ни в чем старым схоластам. Церковь угадала опасность эмпиризма, скрытого в философии Оккама, предала его проклятию и уничтожила его сочинения.

Граф Альбрехт Больштедтский, известный как Альберт Великий, собственно, был не только ученым богословом, но также — и притом с большим правом, чем многие из прославленных схоластиков — знаменитым физиком, химиком и математиком. Он изучил диалектику в Париже, математику и медицину в Падуе, метафизику в нескольких местах и, наконец, вступив в 1223 году в доминиканский орден, слушал еще и богословские лекции в Болонье. С 1229 года он сам преподавал в Кельне и Париже. Затем занимал высокие церковные должности, а в старости, сложив с себя добровольно звание епископа Регенсбургского, снова занял прежнюю кафедру в Кельне, где и умер в престарелых годах.

Альберт Великий знал Аристотеля в переводах в совершенстве и даже был знаком с арабскими комментариями к нему. Его химическая и механическая изобретательность до такой степени поражала современников, что он приобрел славу колдуна и мага. Рассказывают про устроенный им автомат, который отворял дверь на стук и даже заговаривал с входящим, но, возбудив негодование одного коллеги своим человеческим подобием, был разбит им на куски. Далее, будто по случаю какого-то праздника Альберт силою волшебства устроил среди зимы сад, в котором зеленели деревья, благоухали цветы, росла свежая трава, словом, царила весна во всей своей красе. В этом не трудно угадать преувеличенное описание пиршества, данного в теплицах монастырского сада. Насчет же устройства автомата не сохранилось никаких подробностей.

Общее собрание сочинений Альберта Великого, изданное в 1651 году в Лионе (21 том in folio), вообще интересно для истории химии и описательных естественных наук. Тем не менее, здесь нельзя найти ни одного механического или физического открытия, которое могло бы подтвердить в наших глазах громкую славу Альберта. Самостоятельным исследователем он отнюдь не был, и даже хвастался своим умением излагать древние науки так, чтобы нельзя было догадаться о его личных взглядах. Главная заслуга Альберта заключается в том, что он своими работами, а еще более своей преподавательской деятельностью проложил дорогу естественным наукам в христианскую Европу и сумел возбудить к ним живой интерес.

В своих сочинениях Альберт упоминает о двух изобретениях, которые он, впрочем, не выдает за свои. Это компас и порох. Появившиеся в XIII веке, они еще позже вошли в общее употребление.

Первые известия об употреблении компаса у арабов относятся к 1242 году. Араб Байлак рассказывает, что в темные ночи сирийские мореплаватели кладут обыкновенно на воду крест из лучинок, а сверху магнит, который своими концами указывает направление. Альберт Великий заимствовал свои знания о магнитной стрелке и ее свойствах из арабских книг, а это значит, что компас стал известен в Европе раньше, чем считается.

В Европе признают за изобретателя компаса итальянца Флавия Джиойю. Датой изобретения полагают 1302 год; по этому случаю поставлен в Неаполе бронзовый памятник. Возможно, Джиойя улучшил конструкцию компаса, перенеся стрелку с деревянной крестообразной подставки на стальной штифтик и придумав для нее оправу, но точных сведений на этот счет нет. Прошли еще столетия, прежде чем компас обратил на себя внимание теоретической физики, — печальный признак ее состояния в те времена.

История пороха еще темнее истории компаса. Если под порохом понимать простую смесь угля, серы и селитры, то оказывается, что смесь эта была известна Альберту Великому в 1250 году. Он советовал растирать и смешивать 1 фунт серы, 2 фунта угля и 6 фунтов селитры в ступке. Но здесь мог имееться в виду не огнестрельный порох в современном смысле. А как взрывчатое средство эту пороховую смесь употреблялась, возможно, уже в XII веке при горных работах, например в Гарце. Но возможно, ее применяли как средство пережигания для разрыхления камней, а не для взрывов.

Что касается употребления пороха для огнестрельного оружия, то точных сведений об этом не имеется до середины XIV века, хотя упоминания о нем появились раньше. Так, в 1338 году французский военный интендант ставит уже порох в число статей расхода; в 1360 году в Любеке сгорает ратуша вследствие неосторожности порохового мастера. Оба эти случая тоже касаются, может быть, взрывчатой смеси, но следующий случай не подлежит уже сомнению. В 1346 году англичане выставили шесть пушек в сражении при Кресси. В 1365 году крепость Эйнбек отстреливалась из «громового ружья», а в 1378 году в Аугсбурге жил литейщик огнестрельных орудий, занимавшийся этим еще под покровом глубокой тайны. Около 1420 года у гуситов появляются первые передвижные полевые орудия. С 1470 года артиллерия превращается в род войск наряду с кавалерией и пехотой.

Однако есть сообщения о восточном приоритете в этом деле. Якобы мавры употребили огнестрельное оружие при обороне Аликанта в 1331, и Альджевира в 1342 году.

Итак, неизвестно в точности, когда именно порох начали употреблять для огнестрельного оружия. Но еще менее достоверно можно указать, кто первым начал употреблять его с этой целью. Обычно называют имя Бартольда Шварца, но ведь это только имя, а про человека, носившего его, мы не знаем ровным счетом ничего, за исключением его несчастного опыта с пороховой смесью.

И кстати, только в XVI столетии наука обратила внимание на вопрос, как летят и падают снаряды.

В предыдущих главах мы не раз упоминали имя Роджера Бэкона, выдающегося ученого Средневековья. Но и о нем есть большие сомнения, что он жил в то время, к которому его относят, а именно в 1214–1294 годы.

Бэкон — самая блестящая личность XIII века не столько по самостоятельным открытиям, сколько по методу своих исследований. Он был не схоластическим философом, пояснявшим мимоходом аристотелевскую физику, а замечательным математиком, видевшим в пренебрежении этой точнейшей из наук корень заблуждений схоластической учености. «Математика — дверь и ключ к науке», говорил он в своем «Opus majus» («Большой опус»). Он занимался астрономическими наблюдениями, химическими опытами, механическими конструкциями, оставляя в стороне духовные споры. Это и заставляет выделить его из рядов схоластических натурфилософов и признать первым истинным естествоиспытателем Средних веков, предшественником экспериментальных физиков.

Но что поразительно, о нем не упоминает ни один из ученых докторов XIII или XIV веков. Как это может быть? К тому же Роджера Бэкона нередко сопоставляли с его в самом деле знаменитым соотечественником, лордом-канцлером Бэконом Веруламским, и даже высказывалось мнение, что последний в значительной степени воспользовался трудами первого и отчасти даже просто скопировал их. Сходство имен, пережитых трудностей и даже методов исследования — оба были привержены опытному методу, неоспоримо. Может, Роджера Бэкона и не было вовсе, так как он не имел заметного влияния ни на современников, ни на ученых ближайших к нему столетий, или жил он позже. В общем, здесь есть загадка.

Роджер Бэкон отстаивает экспериментальный метод с таким упорством, что это не может не удивлять, принимая во внимание, что дело происходит в XIII веке:

«В каждой науке необходимо следовать наилучшему методу, то есть изучать каждую вещь в надлежащем порядке, ставить первое в самом начале, легкое перед трудным, общее перед частным и простое перед сложным. Изложение должно быть доказательным. Последнее невозможно без опыта. У нас имеется три средства познавания: авторитет, мышление и опыт. Авторитет ничего не стоит, если утверждение его не может быть обосновано; авторитет не учит, он требует только согласия. При мышлении мы обыкновенно отличаем софизм от доказательства, проверяя вывод опытом».

И дальше:

«Экспериментальная наука — царица умозрительных наук, она имеет за собой три важных преимущества. Во-первых, она испытывает и проверяет выводы других наук. Во-вторых, в понятиях, которыми пользуются другие науки, она открывает великие результаты, к которым те науки не способны придти. В-третьих, она исследует тайны природы собственными силами».

Несмотря на такие заявления, сам Бэкон нередко уносился воображением за пределы опыта. В его выводах бывает иногда трудно отличить, основаны ли они на наблюдениях других людей, или на его собственных, или же они просто воображаемы. Тем более что в самовосхвалении Бэкон вполне подобен другим ученым этого времени: он не только сообщает, что в промежуток от трех до шести месяцев обучил любознательного ученика всему, чему сам учился около 40 лет, но и утверждает, что для изучения еврейского или греческого языка достаточно трех дней.

Сочинения Бэкона были изданы очень поздно. «Opusi majus» («Большой опус») — в 1733 году Джеббом, «Opusi minus» («Опус малый») и «Opus tertium» («Опус третий») в 1559 году Бремером, «Perspectiva» и «Specula mathematica» в 1614 году марбургским профессором Комбахом.

«Opus majus» — основная работа Бэкона. Он посвятил его в 1267 году папе Клименту IV, чтобы оправдать себя против возведенных на него обвинений. Вместе с изложением взглядов на истинно научный метод, в сочинении этом (в пятой части) помещены самостоятельные работы Бэкона, имеющие наибольшее значение для физики, а именно оптические. Бэкон в своей оптике опирается на Птолемея и Альхазена, сочинения которых могли быть доступны ему в подлиннике, так как он, по-видимому, знал греческий и арабский языки.

Вообще XIII столетие принадлежит оптике. Хотя Средние века охотно увлекались механическими фокусами, все же механика не ушла ни на шаг от Аристотеля. Оптика же конца этого столетия может похвалиться важным открытием, а именно изобретением очков. Математически разработанная оптика пострадала вообще менее других отделов физики в неблагоприятные для науки века.

Александрийские ученые установили оптику на столь прочных математических основаниях, что вести ее вперед было сравнительно легко. Арабы, а за ними и христианские ученые поэтому смогли заниматься ею усердно и успешно. Соображения Альхазена об увеличении предметов посредством стеклянных чечевиц, опыты Бэкона над изменением зрительных углов с помощью вогнутых и выпуклых сферических стекол должны были навести на мысль о возможности исправлять такими стеклами неправильности глазного хрусталика.

Бэкон советовал лицам со слабым зрением класть выпуклые стекла на предметы, которые они хотели видеть ясно. Но кто именно первый, следуя этому указанию, придумал прикладывать стекла к глазу, и притом одновременно вооружить стеклами оба глаза; кто первый устроил очки не только с выпуклыми стеклами для дальнозорких, но и с вогнутыми для близоруких — остается неизвестным.

В учении о зеркалах Бэкон отмечает, что стеклянные зеркала покрываются свинцом. Такое приготовление зеркал и должно было войти в употребление около этого времени, так как В. Бовэ в 1250 году упоминает о том же, а до того знали только массивные металлические и простые, ничем не покрытые стеклянные зеркала. Он занимался также зажигательными зеркалами и был первым ученым, отметившим расстояние фокусов сферических зеркал. Для параболического зажигательного зеркала он определил фокусное расстояние в 1/4 параметра, и последующие оптики приходят тоже к этому результату, оставаясь в неведении предела, установленного Бэконом. Он дает и правила для приготовления такого зеркала, причем остается неясным, пробовал ли он сам делать такие зеркала или заказывал другим, или оставил свой план без выполнения.

При исследовании преломления лучей Бэкон рассматривает преломление при прохождении через сферические поверхности и отмечает, что при рассмотрении через такие поверхности зрительный угол предметов, а следовательно и кажущиеся размеры их могут быть увеличены. Его рисунки представляют только простые дуги, обращенные к глазу выпуклой или вогнутой стороной, и нигде мы не встречаем у него чечевиц, ограниченных двумя сферическими поверхностями. Но Бэкон постоянно говорит только о единичном преломлении, не касаясь случая преломления двумя сферическими поверхностями, и в этом отношении он не идет дальше Альхазена.

Одновременно с Бэконом увлекался собиранием древних сочинений по оптике польский монах Вителло, не занимавшийся ничем, кроме оптики. В его десятитомном трактате (1271) описаны многочисленные опыты и наблюдения за природными оптическими явлениями, разработаны важные для художников вопросы перспективы.

Повторяя измерение углов преломления он нашел, что в одних и тех же средах углы не изменяются, все равно, проходит ли свет из среды более плотной в менее плотную, или наоборот. В теории радуги Вителло пошел дальше Аристотеля, заметив, что радуга не может образоваться от простого отражения солнечного света, так как вследствие прозрачности дождевых капель проходящие сквозь них лучи должны также и преломляться. Книга Вителло издана Ризнером в 1572 году одновременно с «Оптикой» Альхазена.

Являясь в большой степени удачной компиляцией работ Евклида, Птолемея и Альхазена, трактат Вителло на долгие годы стал основой университетских оптических курсов, довольно слабо связанных с прикладными оптическими задачами. Этой оторванностью чистой науки от практики объясняется и тот факт, что величайшее оптическое изобретение — очки, были придуманы в XIII веке не университетскими учеными, а итальянскими мастерами шлифования и полирования камней. Более того, известны негативные отзывы ученых-оптиков того времени на ношение очков:

«Основная цель зрения — знать правду, а линзы для очков дают возможность видеть предметы большими или меньшими, чем они есть в действительности … иной раз перевернутыми, деформированными и ошибочными, следовательно, они не дают возможности видеть действительность. Поэтому, если вы не хотите быть введенными в заблуждение, не пользуйтесь линзами».

Однако остановить развитие очкового ремесла оказалось невозможным.

Очевидно, в XIII веке вышло сочинение Витрувия Поллиона «De Architectura» в 10 книгах. В ней он дал обзор современных ему сведений по архитектуре, механике, физике и физической географии. Как видно из заглавия, сочинение имеет преимущественно практическое направление и, кроме ценных сведений о физиках, например об Архимеде, содержит мало интересного в теоретическом отношении. Именно в это время в Европе начинают распространять византийскую науку посредством обширных компилятивных сочинений. К числу книг этого рода принадлежит и сочинение Витрувия, черпающего материал по преимуществу из византийских источников.

Первые семь книг посвящены архитектуре, восьмая трактует о воде и водопроводах, девятая — об измерении времени, десятая — об искусстве построения машин. Всего самостоятельнее восьмая книга. Грандиозные водопроводные сооружения выяснили до известной степени понятия о движении жидкостей. Витрувий замечает:

«Подобно водяным волнам, и звук распространяется кругами в воздухе. Однако в воде эти круги распространяются только в ширину и в горизонтальном направлении, между тем как звук постепенно распространяется в воздухе и в ширину и вглубь».

Вопреки господствовавшему тогда мнению, будто вода образуется в земных пещерах из воздуха, Витрувий утверждал, что вода источников происходит из дождевой воды, но убедить в этом современников ему не удалось. Вообще спор о происхождении речной и ключевой воды продолжался до Нового времени.

Происхождение ветров Витрувий пробует объяснить напряжением водяных паров и с этой целью подробно рассматривает паровой шар Герона. И эта теория тоже не получила всеобщего признания.

В Средние века был популярен труд по физике Сенеки Младшего в семи томах, где он рассматривает с атомистической точки зрения явления электричества, небесные явления, кометы, воду, воздух и свет, но без систематического подразделения и без проверки собранного материала личным опытом. Рассуждая о законах движения планет и даже комет, Сенека скромно замечает, что эти законы, столь темные и запутанные в его время, могут когда-нибудь сделаться ясными и очевидными.

Сенека, подобно Аристотелю, считает радугу искаженным изображением солнца и объясняет происхождение цветов смешением солнечного цвета с темными облаками. Он указывает на тождество цветов радуги с теми, которые мы видим при рассматривании предметов сквозь гранёные стекла, но последние цвета считает ненастоящими. Тот факт, что при рассматривании сквозь стеклянный сосуд с водой все предметы, например яблоки, кажутся увеличенными, вызывают у Сенеки одно простое замечание, что нет ничего обманчивее нашего зрения. И кстати, примеры со стеклом указывают на позднее происхождение этого труда.

Его сочинение долго служило учебником физики.

Популярной в Средние века была и «Естественная история» Плиния Старшего в 37 томах. Сочинение в целом представляет собой не более как сборник, в который Плиний включил все, что ему нравилось, а нравилось ему, к сожалению, по преимуществу все сказочное. Критической оценки материала у него почти нет; самостоятельной переработки нет вовсе. Плиния интересует действие магнитного камня. Ему принадлежит также басня о пастухе Магнусе, узнавшем магнитную руду по ее действию на гвозди его сапог (что же это за пастух с сапогами с железными гвоздями в то время?). Рассказ об уничтожении притягательной силы магнита алмазом показывает, как мало ученый-натуралист был склонен проверять личным опытом приводимые им факты.

Так называемые огни св. Эльма Плиний считает звездами, опускающимися на копья солдат и мачты кораблей.

«Если они появляются в одиночку, то приносят гибель, погружаясь на дно судов и сжигая их остовы. Двойные звезды, напротив, благотворны; они предвещают счастливое плавание и отгоняют страшный огонь. Их приписывают поэтому Кастору и Поллуксу и призывают на море, как богов. Иногда звезды спускаются и на головы людей в вечерние часы, служа великим предзнаменованием».

А всего забавнее его рассказ о том, что из Олизиппо (Лиссабона) прибыло посольство к Тиберию с извещением, что в пещере открыт тритон классического вида, трубящий в раковину, и что на том же берегу местные жители видели Нереиду и слышали жалобные вопли умиравшей Никсы.

Итак, в то время, как византийцы хотя бы комментируют своих гениальных предшественников, в Западной Европе прямо и без всякой критики составляют сборники их высказываний.

 

Европейская физика XIV и XV веков

Историки науки отмечают, что ни одно столетие в научном отношении не представляло столь жалкого и прискорбного зрелища, как XIV век в Западной Европе. В XIII веке, в связи с приходом нового знания из Византии, можно было надеяться на близкое пробуждение умов. Университеты возникали один за другим, были сделаны ряд научные открытий, и метод опытного исследования был противопоставлен схоластическим истолковательным приемам. Несмотря, однако, на все это, наступил не новый научный прорыв, а паралич умственной деятельности. Безотрадную пустыню этого столетия не оживляет ни одно открытие, ни одна светлая личность, выдающаяся своей ученостью.

В XIV столетии спорный вопрос между наукой и верой был поставлен более ясно, и учение Фомы Аквинского получило очень важное дальнейшее развитие. По первоначальным понятиям, формы были чем-то вроде неизменных субстанций, смешивающихся между собою в определенных количествах: в таком-то сером цвете имеется столько-то белого и столько-то черного цвета. Теперь же под формой стали понимать лишь физическое качество, изменяющееся по различным степеням какой-то шкалы: такой-то серый цвет имеет такую-то степень густоты на таком-то расстоянии от исходной точки, от совершенно белого или от совершенно черного цвета.

Интенсивность формы получила название ширины (latitudo). Ее изменения попытались определять математически. Например, если изобразить время посредством отрезка прямой, проведенной от исходной точки вправо, то «ширина» формы в данный момент может быть выражена перпендикуляром, восставленным из окончания этого отрезка. Этот способ тождественен с нашим способом изображения хода какого-либо явления посредством текущей ординаты кривой. Подобные воззрения с середины XIV и до начала XVII столетий обычно преподавались в университетах, и относительно «ширины» форм было написано немало трактатов и комментариев. Первыми авторами подобных сочинений были английский монах Ричард Суисет, живший около 1350 года, и француз Николай Ореэм. До сих пор не решен окончательно вопрос, кому из них следует приписать первенство. Не выяснено, какие идеи привели их к этой новой теории, которую ни один из них как будто не приписывал лично себе.

Отголоском достижений XIII века выглядит сочинение по оптике монаха Теодорика (ок. 1311 года). Он подробно и верно описывает ход светового луча через дождевую каплю для главной радуги и для радуги второго порядка: каждый солнечный луч главной радуги преломляется вверху капли, отражается от задней ее стенки и вторично преломляется внизу капли; радуга же второго порядка происходит в результате двоякого преломления и двоякого отражения лучей. Однако вследствие незнания законов преломления Теодорик не смог объяснить, почему только те лучи, которые падают на места, указанные чертежом, дают в нашем глазу изображение радуги. Он призывает на помощь схоластическое предположение, что эти места особенно предназначены природой для преломления и отражения. Сочинение Теодорика долгое время было скрыто в библиотеке монахов-проповедников в Базеле и осталось без всякого влияния на науку. Оно увидало свет только в 1814 году.

Известный немецкий часовой мастер Гейнрих-фон-Вик устроил в 1364 году на здании парижского парламента первые колесные часы с боем. С этого времени большинство германских городов начало обзаводиться башенными часами. Тем не менее, и механические часы следует считать изобретением XIII века, сделанным в Италии. Об этом говорит то обстоятельство, что в Германии долгое время оставалось в употреблении итальянское подразделение часов от 1 до 24.

В это время схоластика не успела еще познакомиться со всеми классическими учеными, остановившись на Аристотеле, но даже его не знала в оригинальной форме. Схоластикам недоставало знания греческого языка; их знакомство с греческой наукой произошло через латинские переводы, которые, в свою очередь, не были сделаны с подлинников. Даже сочинения Аверроэса были латинским переводом с еврейского перевода одного арабского комментария к арабскому же переводу с сирийского.

Петрарка (1304–1374) жалуется, что в Италии не насчитывается более 10 человек, способных оценить Гомера, а Боккаччо (1313–1375) с большим трудом находит кафедру греческого языка во Флоренции, чтобы пристроить на работу византийца Леонтия Пилата. Да и то не надолго, так как ученый «в философском плаще и с всклоченной бородой» вскоре покинул Италию, исполненный глубокого отвращения. Зато в XV веке, после взятия Константинополя турками ученые, бежавшие оттуда, очень скоро распространили греческий язык по всей Европе, а расцветающий гуманизм не только подготовил падение схоластики, но и косвенным образом повлиял на развитие естественных наук, открыв большую свободу мысли вообще и расширив круг знакомства с греческой наукой о природе.

Самым оригинальным мыслителем XV столетия был, бесспорно, Николай Кузанский (1401–1464).

Николай Кребс, также называемый де-Куэза или Кузанский, был сыном рыбака из города Куэзе на Мозеле. В качестве люттихского архидиакона он заявил себя энергическим противником папы на Базельском соборе, но впоследствии сделался кардиналом и епископом Бриксенским. Он возродил учение Пифагора о движении земли. В сочинении «De docta ignorantia» («Об ученом невежестве») старался доказать, что всякое бытие заключается в движении и что земля уже потому не может находиться в центре Вселенной, что бесконечная Вселенная не может иметь центра. Поскольку всем телам свойственно движение, то и Земля не может быть неподвижной. Его теории земного движения довольно-таки темны, но из них все-таки явствует, что он думал о движении земли вокруг ее оси как о некотором движении нашей планеты вместе со всей солнечной системой «вокруг вечно вращающихся мировых полюсов».

Он дал совершенно новую систему физических понятий. По его мнению, все научные познания в области физики должны выражаться в некоторых числах и все наблюдения, имеющие целью изучение природы, должны производиться с весами в руках. Правда, его собственные измерения оказались чисто фантастическими, и автор даже не замечал причин их ошибочности. Но важно было уже то, что Николай Кузанский сформулировал общий принцип.

Главная трудность, которую он хотел преодолеть, заключалась в том, чтобы отыскать то абсолютно единое начало, которое проходит через все построение Вселенной. Для разрешения этой проблемы он придумал следующую смелую формулу, из которой делал подчас самые странные применения: утверждал, что противоположности и в бесконечно большом, и в бесконечно малом совпадают.

Николай Кузанский воскресил также понятие о протяженных, неделимых ни актуально, ни в возможности атомах. Однако он не рискнул утверждать, что существует пустое пространство, — доводы Аристотеля против возможности пустоты казались убедительными в течение всех Средних веков. Наконец, он считал невозможным разложение тел на совершенно простые элементы.

Механику Кузанского нельзя назвать ни философской, ни математической; в ней попадаются черты той и другой, но изобилует она преимущественно фантастическими проектами, — явление весьма частое в те времена, предшествовавшие возникновению экспериментальной физики. Средневековый механик высказывает свои мысли, не имея намерения осуществлять их, не заботясь даже о том, осуществимы ли они вообще или нет. Тем не менее, подобные проекты дали начало экспериментальной физике.

Путешествие Колумба (1492) имело один важный результат для физики, именно для учения о магнетизме. Компас вошел уже в общее употребление у моряков, но в это время, столь чуждое всяким научным интересам, никто не позаботился ни об исследовании таинственной силы, направляющей магнитную стрелку, ни даже о точном изучении ее направления. Возможно, что при недостатке кругового деления под магнитной стрелкой или не замечали ее отклонения от северного направления, или объясняли его несовершенством устройства магнитной стрелки. Так или иначе, до Колумба было известно только восточное склонение, наблюдавшееся в прибрежиях Средиземного моря.

И вдруг Колумб к великому своему удивлению заметил вечером 13 сентября (он производил астрономическое определение на расстоянии 200 морских миль к западу от о. Ферро), что магнитная стрелка отклонилась на запад, притом на целых 5°, и что это отклонение постоянно увеличивалось по мере удаления на запад. Этим открытием было не только установлено склонение магнитной стрелки вообще, но и различие его для разных мест Земного шара. С этих пор число наблюдений над направлением стрелки постепенно увеличивается, а вместе с тем начинаются и опыты для объяснения этих загадочных явлений.

С конца XV века многие науки начинают получать практическое воплощение. В частности, происходит резкий сдвиг в практическую область оптики, во многом благодаря трудам Леонардо да Винчи.

Леонардо да Винчи (1452–1519) родился в Винчи, близ Флоренции, и уже в 1480 году писал в Милане для доминиканской церкви св. Марии свою знаменитую «Тайную вечерю». В 1502 году он отправился путешествовать по Италии для обозрения крепостей, по поручению Валентина Борджиа; в 1507 году был занят сооружением мартезианского канала близ Милана; в 1509 — руководил постройкой канала св. Христофора. В 1511 году Леонардо да Винчи проявил большую деятельность при вступлении в Милан Людовика XII, а 1515 — при вступлении туда Франциска I. В следующем году он в качестве придворного живописца отправился с королем во Францию и умер здесь в 1519 году.

Его научные познания отличаются такой же разносторонностью, как и его практическая деятельность, и касаются не только теории искусств, но и математики, астрономии и описательных естественных наук. При всем том Леонардо не был обыкновенным энциклопедистом, относящимся пассивно к воспринятому; напротив, он обнаружил, особенно в понимании физики, такой мощный и обширный ум, что опередил свое время более чем на целое столетие.

Леонардо основательно изучил труды древних и вынес убеждение, что одно философское направление не способно двинуть физику вперед, тогда как приложение математики даст плодотворные результаты:

«Механика — истинный рай математических наук, потому что при ее посредстве можно вкусить от плодов математического познания».

Но вместе с тем ему было ясно, что прежде чем приложение математики сделается вообще возможным, наблюдение должно накопить достаточный запас фактических данных, и он особенно настаивает на необходимости наблюдения и систематического опыта для познания частных явлений, от которых далее можно подняться к общим законам.

Следуя такому приему, Леонардо устанавливает, что тело падает по наклонной плоскости тем медленнее, чем длина ее больше высоты; а затем, правда, без доказательства, высказывает замечательное положение, что тело падает по дуге скорее, чем по соответствующей ей хорде. Его представление о свободном падении тел тоже гораздо рациональнее общепринятых в то время, так как относительно нарастания скорости падения он находит, что ускорение это происходит в арифметической прогрессии. Задачу косого рычага Леонардо разрешает, заменив его теоретическим рычагом, плечи которого перпендикулярны к направлениям силы. Далее, мы находим у него знание явлений капиллярности, знание веса воздуха, стоячих водяных волн, трения и т. д. Физические работы Леонардо сохранились в виде разрозненных листков.

Идея союза науки и практики проявилась и в его оптических исследованиях. В «Атлантическом кодексе» и других манускриптах им были поставлены и решены задачи построения хода лучей в глазе, рассмотрены вопросы аккомодации и адаптации глаза, дано научное объяснение действия линз, зеркал и очков, изучаются вопросы аберраций; зарисованы каустические поверхности, приведены результаты первых фотометрических исследований, описаны технологии изготовления линз и зеркал.

Особо важными представляются объяснения Леонардо да Винчи перевернутых изображений, даваемых камерой-обскурой, поскольку, помимо изображений на картинах художников и возникающих в глазу человека, в те годы это был единственный пример действительного оптического изображения. Историческая роль камеры-обскуры состоит в том, что она четко разграничила понятия свет и зрение. Изучение бинокулярного зрения привело Леонардо да Винчи к созданию около 1500 года стереоскопа, он изобрел ряд осветительных устройств, в том числе ламповое стекло. В 1509 году им была предложена конструкция станка для шлифовки вогнутых зеркал, подробно описано изготовление параболических поверхностей.

Леонардо обнаружил разницу между распространением звуковых и световых волн, исследовал отражение и преломление звуковых волн, эхо, скорость звука и факторы, определяющие степень громкости, исследуя для этого законы, управляющие затуханием звука, посредством изменения расстояния между источником звука и ухом. В результате он создал некую перспективу звука, подобную законам оптической и изобразительной перспективы.

Леонардо серьезно интересовался оптикой, поскольку практические вопросы, связанные с оптикой, были близки к живописи, а главным в жизни Леонардо была, конечно, живопись. Считая живопись наукой, Леонардо писал:

«Наука живописи распространяется на все цвета поверхностей и на фигуры одетого ими тела, на их близость и отдаленность с соответствующими степенями уменьшения в зависимости от степеней расстояния. Эта наука — мать перспективы, т. е. учения о зрительных линиях».

Разносторонний гений Леонардо да Винчи вызволил, наконец, и механику из ее продолжительного летаргического сна. Но хотя он явно дал толчок новым исследованиям, его собственные работы при его жизни остаются в неизвестности.

В это время статика делает некоторые успехи, исходя из архимедовых данных, но динамика остается всецело в руках аристотелианцев. Распространение компаса ведет к новым наблюдениям над магнитной силой, однако только в начале следующего столетия Гильберт даст теорию земного магнетизма.

 

Европейская физика XVI века

Свойства переходной эпохи проявляются в XVI веке таким множеством противоположностей, что общая характеристика ее весьма затруднительна. Со всех сторон пробиваются к свету новые теории, везде ставятся новые цели, везде старое упорно восстает против нового, подкапывающегося под его существование; а так как старое и новое не в состоянии уничтожить друг друга, то они продолжают существовать рядом. Мы находим всюду борьбу противоположных мнений. Покоя нет на протяжении всего этого столетия, и лишь следующий, XVII век принесет решение большей части вопросов.

Оптика, как всегда, находит деятельных работников. Ход прямолинейных световых лучей при зеркальном отражении и преломлении продолжает быть предметом изучения, но настоящих физических исследований природы света еще нет.

Акустика и учение о теплоте остаются почти не затронутыми новыми веяниями. В отношении к учению о теплоте это, впрочем, неудивительно, так как и в древности этот отдел физики был в загоне, а следовательно, не существовало исходных точек для исследования в этой области. Теплота считалась стихией, к которой трудно подступиться, особенно за неимением прибора для измерения теплоты, ведь он был сконструирован лишь в XVII веке после многих неудачных попыток. Слово «температура» выражает понятие о смешении различных элементов, подобно употребляемому в медицине слову «темперамент»; этим термином обозначается равновесие между некоторыми неизменными противоположностями.

А вот застой в акустике удивителен, так как древность дала много указаний для ее разработки, и музыка достигла уже блестящих результатов. Гвидо из Ареццо (умер в 1050) изобрел систему линий для обозначения высот тонов, а сами тоны обозначил наименованиями ut, re, mi, fa, sol, la, к которым было впоследствии присоединено si. Жан де-Мер (1310–1360) стал употреблять в нотах головки для обозначения их продолжительности. Франк Кельнский (XIII столетие) разработал контрапункт, а голландцы довели до значительного совершенства строгую многоголосую композицию. В XVI веке итальянцы превзошли голландцев, и церковная итальянская музыка достигла высшего развития.

Но при всем этом только Галилей, основатель новейшей физики, принялся в XVII веке снова за акустические исследования.

Физика христианской Европы обнаруживает связь с прошлым непосредственнее других ветвей естествознания. Философия, математика и медицина подвергались предварительной разработке в руках арабов, физика же оживает только после знакомства средневековой Европы с византийскими подлинниками и долго продолжает развиваться именно там, где это знакомство может быть всего легче осуществлено, — в Италии.

XVI век можно вообще назвать веком переводов. В числе работавших на этом поприще выдаются Мавролик, Тарталья, Дюгамель, Ксиландр, Венаторий и другие. Переводами с греческого отличился Коммандино (1509–1575), врач и математик герцога Урбинского. Он перевел сочинения Архимеда, Птолемея, Аполлония, Паппа, Герона, Евклида и Аристарха. Увлеченный Архимедом, он пишет и самостоятельный трактат о центре тяжести тел.

Знаменитый итальянский математик Николай Тарталья (1501–1559) своим сочинением «Nuova scienza» («Новая наука»), написанном в 1537 году, положил начало разработке проблем динамики. Он исследует путь брошенного тела и находит его кривым от начала до конца, тогда как прежде, согласно Аристотелю, принимали, что брошенный снаряд летит сначала горизонтально, вследствие сообщенного ему насильственного движения, затем переходит в смешанное круговое движение и, наконец, когда сообщенное насильственное движение угаснет, снаряд падает отвесно вниз.

Тарталья видит, что так называемые естественные движения должны с самого начала смешиваться с насильственными, но тем не менее не решается сразу выступить против господствующего мнения и допускает, что в начале и конце путь весьма мало уклоняется от прямолинейного. Именно он заметил, что пуля, пущенная из ружья в горизонтальном направлении, тотчас же опускается ниже горизонтальной линии и, следовательно, имеет дальность полета, равную нулю. Он отсюда пришел к выводу, что дальность полета всего больше, когда пуля выпущена под углом в 45°, — выводу, который случайно оказался вполне верным. Исследования Тартальи показывают, до какой степени темны были даже в это время представления о сложении движений и о форме линии полета. Его здравый взгляд на предмет может быть вполне оценен, если припомнить, что еще в 1561 году некий Зантбек утверждал, будто пуля, выпущенная из ружья, летит по прямой линии до тех пор, пока сообщенное ей насильственное движение не угаснет, а затем уже мгновенно падает.

О жизни его скажем, что Тарталья происходил из бедной семьи и никогда, невзирая на знакомства с влиятельными лицами, не поправил своего состояния. Первоначального образования он не мог получить и выучился читать лишь на четырнадцатом году жизни.

Джеронимо Кардано (1501–1576) был многосторонним ученым. Он занимался математикой, физикой, естественными науками, философией, медициной и во всех отраслях оставил более или менее серьезные работы. При своих необыкновенных дарованиях он отличался такими странностями, что даже друзья могли объяснить их только временным помешательством. Если бы Кардано не сам описал свою жизнь, нельзя было бы поверить соединению стольких слабостей и противоречий в одном человеке. При почти непостижимом бесстрашии в философии, он приходил в трепет от каждого дурного предзнаменования и верил в домовых. Знаменитый медик, тонкий и изобретательный математик, — верил в сны и занимался магией и колдовством. Он то вел суровый образ жизни, то предавался всевозможным излишествам, переходя от роскоши к нищете. Ему хотелось все знать и все испытать. Нечувствительность его к величайшим несчастиям была так велика, что он, говорят, без всякого волнения присутствовал при казни родного сына.

Кардано изучал все науки и в каждую внес какое-нибудь усовершенствование. У него достало смелости вступить в единоборство со всей древней наукой. Для него не существовало авторитетов, он доверял только указаниям собственного разума. Но при всем том смелый преобразователь, которого не пугали никакие преграды, был убежден, что каждый год 1 апреля в 8 часов утра он может получить свыше все, чего бы ни пожелал. Рассказывает, что на 75-м году Кардан добровольно умер от голода, чтобы доказать справедливость одного из своих предсказаний.

Этот ученый наиболее известен как математик, а из физических его работ лучшие относятся к механике. Он доказал вполне справедливо, что для поддержания тела на горизонтальной плоскости не нужно никакой силы, а для поддержания его на наклонной требуется сила, равная тяжести тела. Этим, впрочем, исчерпываются верные выводы Кардана, и он заканчивает уже вполне ошибочным положением, что сила должна быть прямо пропорциональна наклону плоскости, то есть, например, для наклона в 30° она должна быть вдвое больше, чем для наклона в 15°.

Невзирая на соперничество, Кардано и Тарталья имели много общего в своих физических исследованиях. Оба, решая задачу о пропорциональности силы углу наклонной плоскости, приходят к выводу, что эти две величины нарастают или убывают во всех случаях пропорционально, и оба ошибались. Для механики XVI века это дурной показатель, — два таких замечательных математика, как Тарталья и Кардано, не могут проверить опытным путем, действительно ли имеет место утверждаемое ими!

Значительная часть сочинений Кардано посвящена описанию механических изобретений, нередко имеющих характер фокусов. В то время любили возбуждать удивление публики подобными выдумками. Для сидения в императорских экипажах изобретается особое приспособление (употребляемое теперь, например, для корабельных компасов), чтобы его величество могло сидеть неподвижно при толчках. В дымовой трубе проделываются четыре отводящие трубы, соответственно четырем странам света, чтобы при противных ветрах дым мог выходить в одно из отверстий. В числе других «интересных» сведений Кардан сообщает, что из Германии в Милан была привезена блоха, привязанная волосом к цепи.

В описываемый нами период число противников аристотелевской физики быстро возрастает. Гнет схоластической философии порождает в ее противниках ненависть, идущую часто мимо цели.

Так Петр Рамус (1502–1572), даровитый французский математик, не захотел признавать даже аристотелевской логики и написал свою, усовершенствованную. Против сочинения своего схоластического противника Карпентария составил два. Сегодня они интересны только по смелости, с которой автор старается ниспровергнуть авторитет Аристотеля, а лично для него эта борьба обернулась поражением: он потерял кафедру и был вынужден бежать из Парижа. Его осудили специальные судьи, а затем и вовсе убили, как уверяют, по наущению враждебного ему Карпентария.

Бернардин Телезий (1508–1588) из Конзенцы основал общество естествоиспытателей, академию для борьбы с натурфилософией Аристотеля. Он выдвинул оригинальную идею, что есть единое первичное вещество и два начала — теплота и холод. Причем все тела образуются, по его теории, от действия этих двух начал на первичную материю. Так как небо, по преимуществу, является средоточием тепла, а земное ядро — холода, то на поверхности земли возникает наибольшее число живых существ. Теплота неба неравномерна: звездные части теплее беззвездных. Вследствие неравномерного тепла однообразное вначале движение планет превращается в неравномерное. Teлезий объясняет и происхождение цветов своими двумя стихиями: тепло — причина белого, холод — черного цвета. Прочие цвета происходят, как и у презираемого им Аристотеля, из смешения двух основных.

Франциск Мавролик (1494–1575), сын грека, бежавшего из Константинополя от турок и поселившегося в Мессине, написал большое сочинение по оптике. Однако занимался он преимущественно преподаванием математики, и математические трактаты составляют большую часть его сочинений. Исследования конических сечений принесли ему славу величайшего геометра XVI века. И все же теперь он известен как автор «Оптики».

По его объяснению радуги луч отражается до семи раз в капле воды под углом в 45° и ни разу не преломляется, что, конечно, не дает результатов, согласных с опытом. Но зато мы находим у него правильное замечание, что радуга второго порядка не может быть простым изображением главной радуги по следующим причинам: цвета главной радуги не достаточно ярки, чтобы отражаться; зеркальной поверхности для отражения не существует; отражение извратило бы не только порядок расположения цветов, но и саму дугу.

Мавролику принадлежит заслуга довольно верного объяснения действия очков. Изучая преломление светового луча в чечевицах, он заметил, что лучи, выходящие из одной точки, вновь соединяются позади чечевицы в одной какой-либо точке. Это можно ясно видеть при пропускании солнечных лучей через выпуклую чечевицу в темную комнату. Истинную точку соединения, то есть фокусную длину чечевиц Мавролик определять не стал, ибо был убежден в пропорциональности углов падения и преломления. И все же он видит ясно, что при выпуклых стеклах получается изображение предмета позади чечевицы; что вогнутые стекла не соединяют, а напротив, еще сильнее рассеивают лучи; и что действие обоих родов чечевиц усиливается по мере увеличения их кривизны.

На основании этих данных Мавролик признает хрусталик важнейшей частью глаза, указывая, что он соединяет лучи, получаемые от предмета, и дает изображение последнего. При ненормальной кривизне хрусталика соединение лучей может произойти либо раньше, чем нужно (близорукость), либо позже (дальнозоркость). Эти-то недостатки и исправляются выпуклыми и вогнутыми стеклами очков. О назначении сетчатой оболочки глаза и о возникновении на ней изображений Мавролик не имеет ясного понятия. Лучи света должны, по его мнению, падать на нерв раньше своего соединения.

Полагая, что хрусталик глаза работает как линза, он все же не смог признать, что изображение получается перевернутым, и серией ухищрений пытался доказать, что изображение будет прямым. А вот объяснение круглых солнечных изображений, наблюдаемых при известных условиях под тенью деревьев, удается Мавролику вполне.

К сожалению, его труд был опубликован лишь в 1611 году, через 57 лет после написания и не смог оказать заметного влияния на развитие практической оптики в то время.

А вот пример, когда ученому не хватило собственного авторитета. Ряд новейших механиков начинается с Гвидо Убальди, маркиза дель-Монте (1545–1607), известного по сочинению «Механика» в шести книгах. Считается, что на его новейшей механике ясно сказывается зависимость от архимедовой, на том основании что он был учеником Коммандино, переводчика архимедовского трактата о плавающих телах. Кроме того, Убальди сам перевел сочинение Архимеда о водоподъемном винте, имея свое собственное сочинение по этому вопросу.

Самое интересное, перевод Архимеда появился спустя 10 лет после выхода в свет «Механики» самого Убальди! И вот ученый пишет, что он убедился в правильности предположений великого грека, и многие из них доказал. Но, узнав, что своим трудом не удовлетворил всех читателей, решил для обеспечения лучшего приема собственного сочинения познакомить их с подлинным учением древнего писателя, так как «авторитет всегда много значит».

Убальди был знаком с Галилеем, который прямо указывает, что сочинения Убальди побудили его к исследованиям над центрами тяжести тел.

Английский моряк, конструктор компасов Роберт Норман в своем небольшом сочинении «Новое взаимодействие» (1580) первым выказал верное и точное знакомство со свойствами магнитной стрелки. Раньше (в 1544) нюренбергский уроженец Гартман, занимавшийся устройством солнечных часов, заметил горизонтальное наклонение магнитной стрелки, но не был в состоянии его измерить. Норман же открыл наклонение стрелки к горизонту и устроил магнитную стрелку, вращающуюся вокруг горизонтальной оси в магнитном меридиане, при помощи которого он определил наклонение для Лондона в 71°50 . До Нормана и его открытия относили точку притяжения магнитной стрелки в небо или же верили рассказам о громадных железных горах на севере, которые притягивали неосторожно приблизившиеся корабли и разрушали их, извлекая из них железные гвозди. Норман отнес точку притяжения к земле, по крайней мере, для горизонтального наклонения стрелки, хотя он и не считает еще землю магнитом.

М. Варро (1584) объяснял действие клина сложением двух гипотетических движений. Он вообще имел понятие о сложении сил и знал, что три силы, которые в своем действии относятся между собой как стороны прямоугольного треугольника, могут находиться в равновесии.

Сложением сил занимается и Симон Стевин. Он родился в 1548 году в Брюгге, был вначале чиновником по сбору податей в родном городе, затем инспектором сухопутных и водяных сооружений в Голландии и умер в Лейдене в 1620 году. Стевин занимает своеобразное место в механике. Язык его прост, ясен, точен, доказательства излагаются твердо и надежно; у него нет свойственной его времени путаницы механических понятий. Мало того, он почти всегда подкрепляет свои положения хорошо придуманными и искусно выполненными опытами. Его называют истым статиком архимедовой школы, причем, говорят, в лице Стевина древняя статика как бы заканчивается — открытием закона наклонной плоскости и исследованием давления жидкостей.

Занимаясь изучением силы тяжести, он вывел следующее положение: два груза, расположенные на двух наклонных сторонах треугольника, находятся в равновесии, если отношение их равно отношению этих сторон. Если одну из сторон принять вертикальной, то соответствующий ей груз будет действовать всей своей тяжестью, из чего опять следует: для поддержания груза на наклонной плоскости нужна тяжесть, относящаяся к грузу, как высота наклонной плоскости относится в ее длине.

Положение о равновесии воды в сообщающихся трубках Стевин прямо выводит из зависимости давления на дно от площади давления и высоты уровня. С другой стороны, он пользуется фактом равной высоты уровня в сообщающихся трубках разной ширины как опытным доказательством справедливости своего закона. Архимедовское учение о плавающих телах он расширяет общими положениями, что при равновесии центр тяжести плавающего тела должен лежать вертикально под воображаемым центром тяжести вытесненной массы жидкости и что равновесие тем устойчивее, чем глубже первая точка лежит под второй.

Дж. Б. Бенедетти (1530–1590) был в большей степени динамиком, чем статиком. Он проявляет некоторое знание инерции тел не только в состоянии покоя, но и при движении. Его представление о силе остается еще вполне аристотелевским, но Бенедетти утверждает, вопреки Аристотелю, что брошенный камень скорее задерживается, чем толкается вперед воздухом, и что движение камня, после того как он отделился от бросающей руки, зависит от известной стремительности, сообщенной ему первоначальной силой. При естественном движении (свободном падении тел) стремительность эта постепенно нарастает, так как постепенно усиливается ее причина, именно стремление тел к указанному им природой месту. Поэтому тела падают все быстрее и быстрее по мере приближения к земле.

Наконец, Бенедетти решил спорный вопрос XVII века — задачу о косом рычаге, следующим положением: движущая сила любой тяжести узнается по длине перпендикуляра, опущенного из точки опоры рычага на линию наклона силы. Это положение содержит ясное определение того, что мы теперь называем моментом силы.

Бенедетти, венецианец по рождению, принадлежал к талантам, развившимся рано и притом совершенно самостоятельно. Он сам рассказывает о себе, что никогда не обучался в школе, а только прочел четыре книги Евклида под руководством Тартальи. Дальнейшее свое образование он уже продолжал самостоятельно и, несмотря на это, на 23-м году жизни опубликовал замечательное сочинение, в котором показал, как можно решить все задачи Евклида при посредстве одного циркуля. Главный труд, в котором он изложил свои физические взгляды, появился под конец его жизни и не обратил на себя заслуженного внимания, ибо Бенедетти был отъявленным врагом Аристотеля. Умер он в звании математика герцога Савойского.

Тихо Браге (1546–1601) был исключительно астрономом, но у него имеются две работы, относенные в то время к физическим. Это его теория комет и наблюдение над астрономической рефракцией.

До него кометы считались атмосферным явлением и относились к области физики. Тихо Браге, наблюдавший комету 1577 году, не мог при самом тщательном измерении найти параллакса. Так как он при точности своих инструментов определял параллакс в 2’, то и решил, что расстояние до этой кометы в 28 раз больше расстояния до Луны, и с уверенностью исключил ее из числа атмосферных явлений. Что касается астрономической рефракции, которая была известна гораздо раньше, но не принималась как следует в расчет, то Браге впервые стал ее учитывать при своих наблюдениях и жестоко осуждал другие обсерватории, которые этого не делали. Впрочем, хотя он составил таблицы астрономической рефракции на основании своих наблюдений, его оптические взгляды, по-видимому, были не из самых верных. Он утверждал, например, что рефракция прекращается на высоте 45° над горизонтом и бывает различна для различных светил, Солнца, Луны и т. д.

Джамбатиста Дел да Порта (1538–1615) — одна из любопытнейших личностей XVI века. Он был богатым итальянским аристократом, который при своих разнообразных занятиях производил скорее впечатление любителя физики, чем настоящего физика. Он некоторыми чертами напоминает Плиния: так же любознателен и неутомим в собирании сведений, и так же легковерен и пристрастен к чудесному. Большую часть жизни провел в путешествиях, везде старался узнать что-нибудь новое, завязывал знакомства со знаменитостями, изучал древних натуралистов и, наконец, в обширном компилятивном труде свел всё приобретенное. Но Порта сильно отличается от обыкновенного компилятора: он был мастером производить опыты, и потому смог обогатить различные отделы физики новыми открытиями. Зато ему недоставало строгого аналитического ума и математического образования.

Вопреки духу времени, он ничего не сделал для механики. Даже в отношении опытов следует остерегаться излишней доверчивости, так как Порта нередко описывает вещи, которых сам не делал.

Главный его труд — «Естественная магия».

Он предлагает проводить воду через горы посредством сифона: нужно проложить через гору трубу и снабдить ее, для наполнения водою, кранами на обоих концах и на верхушке. Мысль его угадать нетрудно, но если бы он хотя бы раз попробовал применить своей проект к горе высотою более 10 метров, то, пожалуй, еще раньше Галилея открыл бы, что «боязнь пустоты» имеет свои пределы.

Или, например, он описывает лампу, придающую всем присутствующим лошадиные головы, или способ определения целомудрия женщины посредством магнита. Несмотря на обилие чепухи или, может быть, именно поэтому, сочинение Порты имело громадный успех. Оно было переведено на итальянский, французский, испанский и арабские языки. Второе издание было значительно расширено против первого и содержало меньше фантастических опытов, вследствие чего оно и пользовалось гораздо меньшим успехом.

Важнейший отдел «Естественной магии» посвящен оптике. Здесь есть описание камеры-обскуры в простейшем ее виде. Порта указывает, что если проделать в ставне темной комнаты маленькое отверстие, то на противоположной стене будут рисоваться внешние предметы, освещенные солнцем, в их естественных красках, но в обратном виде. Этот опыт он не выдает за свое собственное открытие, что, конечно, правильно, так как он был известен еще раньше, не говоря уже о том, что он подробно описан у Леонардо да Винчи.

Зато во втором издании находится описание усовершенствованного опыта, который заставляет признать Порту изобретателем нашей камеры-обскуры (хотя, правда, еще не в портативной форме). Описав известное уже нам приспособление, Порта продолжает:

«Я хочу открыть тайну, о которой до сих пор имел основание умалчивать. Если вы вставите в отверстие двояковыпуклую чечевицу, то увидите предметы гораздо яснее, так ясно, что вы будете узнавать в лицо гуляющих на улице, как будто бы они находились перед вами».

Свое открытие Порта переносит на глаз и зрение; он называет глаз камерой-обскурой, зрачок отверстием, пропускающим свет, а хрусталик (странная ошибка со стороны человека, который учит вставлять двояковыпуклое стекло в отверстие ставни) — ширмой, воспринимающей изображения. Порта, по-видимому, не слыхал о Мавролике, который раньше, чем он, дал этому объяснения; иначе он не говорил бы, что дальнозоркость происходит вследствие слишком сухого и твердого, а близорукость — вследствие слишком влажного и мягкого хрусталика при соответственно слишком узком или широком зрачке. Всего любопытнее у Порты решение вопроса о едином видении двумя глазами; подробно изложив все существующие на этот счет гипотезы, он кратко указывает, что мы во всех случаях видим только одним глазом, притом правым, если предмет находится от нас справа, и левым, если предмет находится слева.

Камера-обскура служит Порте преимущественно для развлечения посетителей. Перед чечевицей в стене он прикрепляет полую бумажную трубку, переднее отверстие которой закрыто тончайшей бумагой; на этой бумаге он рисует различные фигуры и передвигает трубку до тех пор, пока солнце не даст явственного изображения фигур на стене. Движениями трубки он умеет сообщить фигурам такое оживление, что приобретает не совсем безопасную репутацию колдуна. Удивительно, что Порта, вообще не отличающийся излишком скромности, на этот раз не придает надлежащего значения своим опытам, так как не понимает их важности, а потому, собственно, он и не заслуживает звания изобретателя волшебного фонаря.

Еще менее заслужена им слава изобретателя зрительной трубы. Ему приписывают это открытие, покольку в одном месте «Магии» Порта говорит о некоем приборе для глаз. Но сам текст темен. Можно понять, что он имел в виду средство для людей со слабым зрением, а вовсе не зрительную трубу, открывающую новые миры и для вполне нормальных глаз.

Кроме оптических исследований, заслуживают еще внимания опыты Порты над магнитом. Он знает, что разноименные полюса (которые он называет дружественными) взаимно притягиваются, а одноименные (враждебные) взаимно отталкиваются; но вместе с тем он полагает, что магнит одинаково способен и притягивать и отталкивать железо.

Порта, как уже было замечено, — довольно загадочная личность: он хвастлив, относится легкомысленно к истине, верит чудесам без всякой критики, не имеет серьезного научного направления; и несмотря на все это, за ним нельзя не признать известных заслуг. Мы встретились уже однажды с подобным сомнительным характером в лице Кардано, и могли бы познакомиться еще с другим, знаменитым Парацельсом (1493–1541), виртуозом шарлатанства, который, помимо серьезных заслуг перед медициной имеет и перед естественными науками заслугу энергичной борьбы с схоластическим аристотелизмом. Внешняя эффектность с примесью чудесного была, видимо, необходима в эту пору для приобретения ученой славы.

А вернувшись к судьбе Порты, упомянем об ученом обществе, которое он основал в 1560 году в Неаполе, — не потому, что оно заслужило известность какими-либо научными трудами, а потому, что было первым обществом, основанным с исключительной целью содействия развитию естествознания. Эта «Академия тайн природы» не успела, однако, раскрыть никаких тайн, потому что когда Порта должен был явиться на суд инквизиции по обвинению в колдовстве и чародействе, она прекратила свое существование и уже не смогла вновь собраться после освобождения своего основателя.

В конце XVI века, в то время, как в Оксфорде всякий магистр или бакалавр должен был платить 5 шиллингов штрафа за малейшую погрешность против Аристотеля, Пикколомини (1597) обратился к проблеме свободного падения тел и отверг старое толкование. Он заметил, что Аристотель по отношению к легким и тяжелым телам установил несколько положений, противоречащих опыту, и что его законы для скоростей падающих тел даже прямо неверны, так как вдвое более тяжелый камень не падает вдвое скорее. Это положение еще раньше и весьма основательно опровергал Стевин, указав, что 10 кирпичей одинаковой величины, падающих порознь с одинаковой скоростью, не станут падать в 10 раз скорее, если их бросить связкой.

Галилео Галилей (1583) наблюдает в Пизанском соборе качание люстры. В 1590 году своими опытами над падением тел с наклонной башни в Пизе он доказал, что скорость падения тел не находится в прямой пропорциональной зависимости от их тяжести.

 

Физика XVII века

В XVI столетии, как мы видели, Европа вполне успела освоиться с византийской наукой, которую ученые XIX века назвали древней. Всё из византийских достижений, что не погибло безвозвратно, было разыскано и стало общедоступным благодаря переводам и пояснениям, и это отличительная черта рассмотренного нами века. Однако в собственно физике существенных успехов еще незаметно.

Только в XVII веке Европа твердо вышла за рамки канонизированной византийской науки, признав экспериментальный метод истинным физическим методом.

На рубеже XVI и XVII веков физика вызывала довольно большой интерес. Даже математики интересовались опытными исследованиями, и если не производили их сами, то, во всяком случае, побуждали к ним других. Физиков в нашем смысле слова, то есть людей, методически занимающихся экспериментальным исследованием природы, в ту пору еще не существовало. Для проведения таких работ, вообще говоря, нужны какие-то общие воззрения, на основе которых можно было бы строить гипотезы и проверять или исправлять их в зависимости от результатов эксперимента. Однако после отказа от принципов натурфилософии Аристотеля никакой методически выстроенной общей системой воззрений физика не обладала.

Физики поступали так. Выдвигался какой-нибудь априорный, не основанный на опыте постулат, из него делались выводы, а затем эти выводы и проверялись на опыте. Галилей шел именно по этому пути. Тот же принцип работы был у Декарта, система которого построена вполне априорно. На таких соображениях основан Декартом, например, закон преломления и отражения, которым он воспользовался для создания математической теории радуги.

Между тем, после того, как учение Аристотеля о субстанциальных качествах было отвергнуто, опять встал вопрос об устройстве мира. Можно было вернуться к идее атомизма и попытаться объяснить все явления природы непосредственным механическим действием мельчайших частиц материи. Но эти частицы оставались невидимыми, чисто умозрительными. В ученых спорах отрицалась возможность непосредственного действия одного тела на другое на расстоянии, без промежуточной материи; чтобы выйти из тупика, допускалось существование кроме осязаемой материи еще и неосязаемой, обусловливающей световые, электрические и магнитные явления. Физики тщились разрешить все эти вопросы и сильно расходились в своих мнениях.

Рене Декарт (1596–1650), сначала допускавший существование пустого пространства, впоследствии отверг эту гипотезу и предположил существование трех различных элементарных веществ, сплошь заполняющих пространство. Напротив, Пьер Гассенди (1592–1655) предпочел держаться старых теорий Демокрита и Эпикура. Его сочинения, обнаруживающие глубокие знания, пользовались значительным влиянием у современников.

Дискуссии о пустоте приняли совершенно иной характер, когда в орбиту внимания физиков вошел вопрос о барометрической пустоте. Ученик Галилея Торричелли (1608–1647) указал, что воздух обладает весом и оказывает давление. Декарт согласился с этим мнением, Паскаль попытался в своих «Новых опытах относительно пустоты» (1647) доказать, что верхняя часть барометрической трубки, не заключающая в себе никакого вещества, должна считаться за пустоту. Уже в следующем году он мог сослаться на опыты, произведенные на горе Пюи-де-Дом, которые доказывали, что колебания уровня ртути в барометре находились в зависимости от давления воздуха.

Опытные исследования на Пюи-де-Дом имели кардинальное значение для перехода к систематическому изучению природы. Доказательство тяжести воздуха, открытие способа измерения атмосферного давления и изучение его колебаний, а также основной закон гидродинамики, установленный Торричелли, существенно дополнили открытые Галилеем принципы механики. Они неминуемо вели к возникновению настоящей опытной физики, а исследователи были уже подготовлены к ней учением Декарта.

Интересно, что этот новый путь опытного исследования был уже указан Френсисом Бэконом (1561–1626). Произведения этого английского лорд-канцлера оказали большое влияние на научную мысль, хотя ему и не удалось достичь реальных позитивных результатов. К сожалению, он недооценивал значение математики для физики, отвергал систему Коперника, игнорировал открытия Кеплера и т. д. Несмотря на вражду к Аристотелю, поддавался влиянию схоластического мировоззрения. У него не было дарования к совершению новых открытий, а пытаясь применять свой собственный метод опытного исследования, он, похоже, сам не понял его значения. А как писал Декарт, никакой метод не может рассчитывать на признание ученых, если основательность его не доказана на деле.

Вот почему, несмотря на все свои старания, Бэкон не сделался для ученых ни руководителем, ни передовым человеком. Он дал себе совершенно правильное название: трубач, герольд. Он только призывал к открытию истины. Но и в этом он был силен главным образом потому, что волею судеб оказался не скромным университетским преподавателем, а блестящим политиком, лорд-канцлером.

Даже после Бэкона, вплоть до середины XVII столетия опытный метод существовал только в теории. Ученые делали свои заключения большею частью априорно и с помощью математики. Это обусловило разрыв между сведениями, добытыми исключительно путем наблюдений, и полученными в результате умозаключений. Наука как бы распалась на две совершенно независимые сферы, и успехи, достигнутые в одной из них, нисколько не воздействовали на открытия, совершаемые в другой. Вся промежуточная область была не заполнена, и разум человеческий не мог здесь придти ни к каким сколько-нибудь окончательным результатам.

Итак, характерные черты XVII века — любовь к эксперименту и классификациям, а также строгий и сухой рационализм на фоне продолжающей править бал схоластики.

С именем Галилея, прожившего 78 лет, из них 42 года — в XVII веке, в значительной мере связан прогресс в развитии всех прикладных оптических исследований, от применения телескопа и до применения микроскопа.

Первая зрительная труба появилась на рубеже XVI и XVII веков в Голландии, о чем сообщил в 1608 году очковых дел мастер Липперсгейм. Известие о его изобретении побудило Галилея через год в Падуе построить свой телескоп и тем самым положить начало современной астрономии. Разработкой же собственно теории этого инструмента и практике его применения занимался не только Галилей, но и в основном Иоганн Кеплер.

Изобретение зрительной трубы в начале XVII века было вполне естественным, а ее быстрое распространение и блестящие результаты, полученные при ее помощи, свидетельствуют о своевременности открытия. Напротив, микромир никого не привлекал в эту пору, и микроскоп можно назвать преждевременным изобретением. Использовать его наука не сумела.

И этому нисколько не противоречит тот факт, что изобретение зрительной трубы относят обыкновенно к 1608 году, а микроскопа к 1590 году, на 18 лет раньше. Дело в том, что 1608 — это год обнародования изобретения зрительной трубы, а 1590 — действительно год изобретения микроскопа.

Кроме того, последняя дата не вполне достоверна.

Наши знания о первом микроскопе основаны на сообщении голландского посла В. Ф. Борееля (1655), который слышал, что его прежний товарищ детства в Мидельбурге, оптик Захарий Янсен, вместе со своим отцом устроил первый микроскоп. Изобретатели представили прибор эрцгерцогу Альбрехту австрийскому, а он подарил его Дреббелю, у которого посол и видел микроскоп в 1619 году. О том же сообщал и сын Захария Янсена. Так как фактов, опровергающих эти данные, нет, приходится признать 1590 год годом изобретения микроскопа. Во всяком случае, передача микроскопа эрцгерцогу должна была произойти после 1596 года, так как только тогда Альбрехт вступил в Брюссель в качестве генерал-губернатора; притом не подлежит ни малейшему сомнению, что до всеобщего сведения микроскоп дошел позже зрительной трубы.

Мы знаем, что Сенека заметил увеличительную способность стеклянных сосудов с водой; что Альгазен говорил об увеличениях, получаемых с помощью сферических поверхностей, а Роджер Бэкон и Порта с увлечением описывали свойства стеклянных полированных чечевиц. Но никому из прежних естествоиспытателей не приходила мысль применить чечевицы для наблюдения мельчайших предметов, недоступных простому глазу.

Название микроскоп, прямо указывающее на такую цель, обязано своим происхождением Десмикиану, члену основанной в 1603 году академии «Dei Lyncei» (то есть рысеглазых). Но собственно микроскопические наблюдения с научной целью были начаты Гуком, Левенгуком и Гартсекером только около 1670 года, хотя, впрочем, уже Стеллути в 1625 году рассматривал под микроскопом части пчелы.

Все эти ученые пользовались еще простым микроскопом. Левенгук употреблял маленькие стеклянные чечевицы, увеличивавшие в сто шестьдесят раз, Гук — стеклянные шарики, а Гартсекер сам плавил для себя подобные шарики над лампой. Еще проще был водяной микроскоп С. Грея 1696 года, где капля воды, взятая на кончик иглы, помещалась в маленькое отверстие металлической пластинки и сама собой превращалась в увеличительное стекло.

Оцените, до какой же степени было затруднено исследование микромира с помощью таких шариков, и как велика была наблюдательность, например, Левенгука, открывшего при помощи подобного инструмента инфузории, семянные тельца и так далее! Ведь согласно исчислению Гюйгенса, шарик увеличивает только в сто двадцать раз. Продолжительное применение столь простых микроскопов показывает, что потребности в них были минимальны даже в XVII веке, а позднее начало научных исследований служит признаком того, что в это время вообще не нуждались еще в микроскопе.

Знаменитый Гюйгенс, несмотря на то, что он был голландцем, полагает, что микроскоп был изобретен не ранее 1618 года и впервые продемонстрирован у Дреббеля в Англии в 1621 году. Однако Галилей уже в 1612 году устроил микроскоп и послал его в дар королю Сигизмунду польскому. Это, очевидно, не вызвало ничьего внимания, так как Гюйгенс в подтверждение своей точки зрения указывает, что итальянец Сиртури, писавший в 1618 году о зрительных трубах, не упоминает еще о микроскопе.

Поговорим же подробнее о телескопе и микроскопе Галилея.

Как только профессор физики и военного дела Галилео Галилей узнал о появлении нового прибора — зрительной трубы, он сразу решил применить его для астрономических наблюдений. Он уже в то время был убежденным последователем Коперника. Он в это время занимался движением маятника и связанной с этим проблемой свободного падения тел, и получал результаты, в общем, противоречащие учению Аристотеля. И вот, за несколько дней наблюдения звездного неба в телескоп он увидел достаточно для того, чтобы полностью опровергнуть всю картину мира Аристотеля.

Луна не выглядела совершенной сферой, Венера, как и Луна, имела фазы, Сатурн оказался разделенным на три планеты. Галилей также заметил, что вокруг Юпитера вращаются три звезды или луны, то есть миниатюрная система Коперника, которую каждый смотрящий в телескоп мог увидеть своими глазами. Он обнаружил также, что Солнце вращается вокруг своей оси, и на его поверхности имеются пятна. Кроме того, поверхность Луны оказалась гористой, а сама Луна совершала видимые периодические колебания вокруг центра, как маятник. Галилей обнаружил огромное количество звезд, невидимых невооруженным глазом или даже с помощью зрительных труб. Кажущийся туманностью Млечный путь также оказался состоящим из отдельных звезд.

В 1610 году Галилей опубликовал труд «Звездный вестник». В нем он сжато и ясно излагал свои наблюдения. Книга вызвала сенсацию, и надо сказать, что многие открытия Галилея получили признание в церковных кругах, а папа Урбан VIII считал его своим другом. Однако доминиканцы и иезуиты оказались сильнее папского покровительства: по их доносу в 1633 году Галилей был предан суду инквизиции в Риме, и чуть было не разделил участь Джордано Бруно. Лишь ценой отречения от своих взглядов он спас себе жизнь; учение о движении Земли было объявлено ересью.

Но его «Звездный вестник» послужил могучим стимулом к созданию разнообразных конструкций телескопов и других оптических приборов. Путем логических рассуждений он сам пришел к выводу о необходимости сочетания в телескопе выпуклой и вогнутой линзы для получения искомого эффекта увеличения. Он первым понял, что качество изготовления линз для очков и для зрительных труб должно быть различным. Галилей усовершенствовал технологию изготовления линз, что позволило ему создать инструмент, увеличивающий в 32 раза, в то время как все существовавшие до него зрительные трубы давали увеличение лишь в 3–6 раз.

Галилею также принадлежит приоритет в конструировании микроскопа, который он создал, подбирая соответствующее расстояние между линзами, при котором оказывались увеличенными не удаленные, а близкие предметы. О наблюдениях насекомых имеется запись от 1614 года, а в 1624 году он посылает сконструированный им микроскоп Федерико Чези с описанием наводки на резкость.

После смерти Галилея должность придворного математика герцога тосканского получил его ученик Эванджелиста Торричелли. Научившись у своего великого учителя искусству шлифовки линз, он стал искать ответ на вопрос: как проверить точность изготовления линз? Так как в первой половине XVII века еще не были известны явления интерференции и дифракции, то результат работы шлифовальщиков целиком зависел от случая. В 1646 году им была сделана линза диаметром 83 мм, которая и сейчас относится к классу современной точной оптики. Письма Торричелли, датированные 1644 годом, доказывают, что это не было случайностью. Он писал:

«В конце концов… изобретение, касающееся стекол, у меня в руках… За несколько последних дней я один обработал шесть стекол, из которых два не уступали наилучшему из тысячи стекол, сделанных за тридцать лет Фонтаной» ( линзы неаполитанского мастера-оптика были самыми совершенными в то время ).

Хотя Торричелли так и не открыл свой секрет и не опубликовал ни одной работы по оптике, полагают, что он заметил интерференционные кольца, возникающие при притирке линзы с поверхностью формы, и использовал их для оценки качества обрабатываемой поверхности. Заметим, что когда он умер, официальным открывателям этих «колец Ньютона» Роберту Гуку и Исааку Ньютону было 12 и 5 лет соответственно.

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, Торричелли занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла, расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку. Подобно тому, как в руках Галилея телескоп обнаружил тайну звезд, микроскоп в руках исследователей XVII века открыл двери в мир бесконечно малого. Насекомые, части растений, бактерии — все это стало предметом исследования и привело к быстрому расцвету соответствующих дисциплин.

А фундамент современной научной оптики линз заложил выдающийся немецкий астроном Иоганн Кеплер, родившийся в 1571 году. При точном расчете оптимальных линз для любых целей надо знать правильный закон преломления света в стекле. Этот закон еще не был известен; конечно, не знал его и Кеплер (он ошибочно полагал, что отношение угла падения к углу преломления есть константа). И все же он придумал такие системы линз для телескопов, что даже в наши дни кеплеровский окуляр находит применение в оптических приборах.

Помимо интенсивных занятий астрономией, он изобретел зрительную трубу, состоящую из двух положительных линз (телескоп Кеплера) с большим полем зрения и промежуточным перевернутым действительным изображением, в плоскости которого можно располагать визирующее устройство. Это превратило телескоп из инструмента наблюдательного в инструмент измерительный.

Он первым применил камеру-обскуру для наблюдения солнечного затмения, установив, что форма изображения на стенке камеры не зависит от формы отверстия. В 1604 году Кеплер написал «Дополнение к Виттеллию», в котором четко описывает перевернутое изображение на сетчатке глаза, завершив исследования Альхазена и Леонардо да Винчи в области физиологии зрения.

Его главным трудом по оптике стала «Диоптрика», написанная всего за два месяца в 1610 году, под впечатлением открытий Галилея. Здесь он дал начала анализа и синтеза оптических систем, а также все основные понятия геометрической оптики. Этот выдающийся труд, и все остальные работы, в том числе знаменитые законы для гелиоцентрической системы Коперника, он создавал в тяжелейших материальных условиях.

Таким образом, в первом десятилетии XVII века Кеплер научно объяснил ряд оптических явлений (отражение, преломление), ввел понятие фокуса и дал глубокий анализ механизма зрения.

Преломлением света Кеплер занялся в связи с астрономическими проблемами. Он заметил, что если падающий луч образует с перпендикуляром угол не более чем 30°, то преломленный луч идет под углом, не превышающим 20°. Он заметил также следующее: когда свет проходит из среды более плотной в менее плотную, угол, на который отклоняется преломленный луч (по отношению к перпендикуляру), возрастает с увеличением угла падения до тех пор, пока не оказывается параллельным преломляющей поверхности.

Анастасиус Кирхер (1601–1680) на основании большого числа опытов составил таблицу углов падения и соответствующих им углов преломления, вплоть до одной минуты, используя в основном прозрачные жидкости и твердые тела. Описывал он также ход лучей из воздуха в воду, из воздуха в вино и из масла в стекло.

Правильный закон преломления был открыт Снеллиусом (1591–1626), профессором математики Лейденского университета. Но хотя после тщательных экспериментальных исследований он и открыл этот закон, при жизни Снеллиуса он опубликован не был, и впервые стал известен в 1637 году благодаря Рене Декарту. С открытием закона Снеллиуса оптика стала неразрывной частью геометрии, что должно было бы привести к созданию совершенных телескопов. Однако действующие телескопы оставались с дефектами, в частности, свет от звезд, проходя через них, окрашивался по краям, — возникали ореолы вокруг наблюдаемых объектов.

Декарт не только, вслед за Кеплером, подробно исследовал строение глаза, но и уточнил формулировку закона преломления, получив этот закон чисто математически независимо от Снеллиуса. В практической оптике он усовершенствовал конструкцию микроскопа (осветительное зеркальце, конденсор), предложил методы центрирования и обработки асферических поверхностей.

Уже в древности наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света; в последующем они оформились в две конкурирующие теории: корпускулярную и волновую теории.

Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом некоторые считали, что светящимся телом излучаются некие лучи. Эта точка зрения в XVII веке, оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом.

Но было и другое мнение. Теория Аристотеля считала свет распространяющимся в пространстве (в среде) действием или движением. Это мнение Аристотеля мало кто разделял, но к середине XVII века накопились факты, которые толкали научную мысль за пределы геометрической оптики. Одним из первых подошел к теории волновой природы света чешский ученый Марци. Его работы известны не только в области оптики, но также и в области механики и даже медицины. В 1648 году он открыл явление дисперсии света.

Со временем образовалось две противоположные теории света: корпускулярная и волновая. Для развития корпускулярной была более благоприятная почва. Действительно, в рамках геометрической оптики представление о том, что свет есть поток особых частиц, было вполне естественным. Прямолинейное распространение света, а также законы отражения и преломления хорошо объяснялись с точки зрения этой теории. И общее представление о строении вещества также не вступало в противоречие с корпускулярной теорией.

Но в это же время начинает развиваться и представление о волновой природе света, и родоначальником этой теории можно считать Декарта.

Ф. М. Гримальди (1618–1663) заметил, что если на пути узкого пучка световых лучей поставить предмет, то на экране, поставленном сзади, не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое им явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить его правильно не сумел. Он понимал, что это явление противоречит закону прямолинейного распространения света, а вместе с тем и корпускулярной теории, но не решился полностью отказаться от нее. Гримальди приписал наблюдаемые им явления волновым колебаниям, подобным ряби на воде или звуковым колебаниям, причем различные цвета имели различную длину волн, подобно музыкальным звукам.

К 1642 году — году смерти Галилея и рождения Ньютона, классическая картина мира была разрушена, и вскоре ее место заняли начальные положения новой. Ньютон разработал фундаментальные концепции новой картины мира, позже названной классической. Не менее значительны были и его открытия в оптике. Уже в 26-летнем возрасте он стал преемником своего учителя Барроу в качестве профессора кафедры математики, и его первые лекции касались оптики. В них он изложил свои открытия и набросал корпускулярную теорию света, согласно которой свет представляет собой поток частиц, а не волны, как утверждали Гюйгенс и Гук.

Ньютон считал свет истечением неких световых частиц — корпускул разного размера, которые производят различные колебания в эфире, заполняющем всю Вселенную.

Другой теории света придерживался Гюйгенс. В 1690 году он издал «Трактат о свете». Гюйгенс выдвигал волновую теорию света, но, в отличие от Гримальди, он и его последователи полагали, что волны образует не сам свет, а светоносный эфир. Обе теории — корпускулярная и волновая — имели своих последователей.

Благодаря блестящему сочетанию экспериментальной техники и логики Ньютон смог доказать, что цвета создаются не призмой или радугой, а являются компонентами обычного белого цвета. Его авторитет задержал решение этой проблемы примерно на 80 лет.

Примерно в те же годы интерференцию света исследовал английский физик Роберт Гук. Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды. При этом он обнаружил, что цвета зависят от толщины мыльной пленки или слюдяной пластинки. Гук подошел к изучению этих явлений с той точки зрения, что свет — это колебательные движения, распространяющиеся в эфире. Он даже считал, что эти колебания являются поперечными.

Явление интерференции света в тонких пленках Гук объяснял тем, что от верхней и нижней поверхности тонкой, например мыльной пленки происходит отражение световых волн, которые, попадая в глаз, производят ощущение различных цветов. Однако у Гука не было представления о том, что такое цвет. Он не связывал цвет с частотой колебаний или с длиной волны, поэтому не смог разработать теорию интерференции.

Скорость света была впервые определена датским астрономом Ремером в 1676 году. До этого времени среди ученых существовало два противоположных мнения. Одни полагали, что скорость света бесконечно велика, другие же, хотя и считали ее очень большой, но тем не менее конечной. Ремер подтвердил второе мнение. Он правильно связал нерегулярности во времени затмений спутников Юпитера со временем, которое необходимо свету для прохождения по диаметру орбиты Земли вокруг Солнца. Он впервые сделал вывод о конечной скорости распространения света и определил ее величину. По его подсчетам, скорость света получилась равной 300 870 км/с в современных единицах.