Піднесення науки

Майже все, чим відрізняється новітній світ від попередніх сторіч, постало завдяки науці, що в сімнадцятому сторіччі мала найнаочніші досягнення. Італійський Ренесанс, хоч і не середньо­вічний, та все ж не новітній, він ближчий до доби грецького розквіту. Шістнадцяте сторіччя, заглибившись у теологію, стало ближчим до середньовіччя, ніж світ Макіавеллі. Новітній світ -принаймні там, де йдеться про розумові обрії, - зародився в сімнадцятому сторіччі. Будь-який італієць ренесансної доби був би зрозумілий Платонові і Арістотелеві, Тома Аквінський, певне, жахнувся б Лютера, але зрозумів би його добре. Та в сімнадцятому сторіччі усе відмінилося: Платон і Арістотель, Аквінат і Оккам нічого не второпали б у Ньютона.

Нові уявлення, впроваджені наукою, глибоко вплинули на новітню філософію. Декарт, що став, по суті, засновником новітньої філософії, сам був одним із творців науки сімнадцятого сторіччя. Для того, щоб зрозуміти духовну атмосферу доби, в яку зародилася новітня філософія, треба трохи розповісти про методи і досягнення тогочасних астрономії та фізики.

Провідна роль у створенні науки належить чотирьом видатним ученим - Коперникові, Кеплерові, Галілеєві та Ньютонові. Копер­ник, щоправда, належить до шістнадцятого сторіччя, проте в ті часи вплив його був невеликий.

Коперник (1473-1543) - польський чернець із бездоганно орто­доксальними поглядами. Замолоду він подорожував по Італії й набрався трохи ренесансного духу. 1500 р. він викладав матема­тику в Римі, а 1503 р. повернувся на батьківщину, де став ка­ноніком у Фрауенбурзі. Чимало часу забирали в нього суперечки з німцями і реформа грошової системи, зате все дозвілля він присвячував астрономії. Коперник дуже рано почав уважати, що Сонце - центр всесвіту і що Земля здійснює подвійні рухи: обертання навколо власної осі протягом доби і обертання навколо Сонця протягом року. Боячися духовної цензури, Коперник не

публікував своїх поглядів, хоча поширював їх. Головну працю Коперника «De Revolutionibus Orbium Coelestium» («Про обертання небесних сфер») опубліковано в рік його смерті (1543) з передмо­вою його приятеля Озіандера, де той стверджував, що геліоцентричну теорію висунуто тільки як гіпотезу. Невідомо, чи сам Коперник санкціонував таку заяву, але кінець кінцем це неістотне, бо схожі твердження є і в самій книжці*. Книжку присвячено папі, і вона уникла офіційних католицьких обвинува­чень аж до часів Галілея. Церква в добу Коперника була ліберальніша, ніж після Тридентського собору і завзятої праці єзуїтів та оновленої інквізиції.

Дух Коперникового трактату не новітній, його радше можна назвати піфагорійським. Коперник приймає за аксіому, що всі ру­хи небесних тіл колові й рівномірні і, як і давні греки, бере до уваги естетичні мотиви. В його системі зберігаються епіцикли, хо­ча їхні центри - на Сонці або, скорше, поблизу Сонця. Той факт, що Сонце перебуває не точно в центрі, руйнував простоту його теорії. Коперник, здається, не знав про геліоцентричну те­орію Арістарха, проте в його міркуваннях нема нічого, що б не могло спасти на думку грецькому астрономові. Головна заслуга Коперника в тому, що він позбавив Землю становища геометрич­ного центра всесвіту. Знаючи це, людині згодом стало дедалі важче приписувати собі ту космічну вагу, яку прищеплювала їй християнська теологія, але таких наслідків своєї теорії Коперник як щирий ортодокс не приймав і протестував проти твердження, ніби його теорія суперечить Біблії.

Проте в Коперниковій теорії були й справжні труднощі. Найбільша з них - відсутність зоряного паралаксу. Якщо Земля в будь-якій точці своєї орбіти перебуває на відстані 186 млн. миль від точки, в якій вона буде через півроку, то це має призводити до позірного зміщення зірок, так само як корабель, що лежить точно на північ від певної точки берега, вже не буде на півночі, як дивитися з другої точки. Проте ніякого паралаксу не спо­стерігається, і Коперник слушно зауважує, що непорушні зірки від нас значно далі ніж Сонце. Тільки в дев'ятнадцятому сторіччі техніка вимірювань стала досить точною, щоб можна було помітити зоряний паралакс, та й то лише для кількох найближ­чих зірок.

Другу трудність становило падіння тіла. Якщо Земля невпинно обертається з заходу на схід, то тіло, скинуте згори, повинне впасти не точно внизу вертикалі, опущеної з вихідної точки, а трохи далі на захід, бо протягом часу падіння Земля трохи посу­неться на схід. Цю трудність розв'язав Галілеїв закон інерції, проте в Коперникові часи не було ще ніякої відповіді.

Є цікава книжка Берта «Метафізичні основи сучасної фізики»

* Див. Three Copernican Treatises, translated by Edward Rosen, Chicago, 1939.

(Burtt E. A. The Metaphisical Foundations of Modern Physical Science, 1925), в якій наголошено на тому, що засновники сучас­ної науки дуже часто послугувалися нічим не обгрунтованими припущеннями. Автор слушно вказує, що в Коперникові часи не було відомо жодного факту, який би потверджував його теорію, зате кілька фактів суперечили їй. «Якби сучасні емпірики жили в шістнадцятому сторіччі, вони б одразу відкинули нову філософію всесвіту». Мета всієї книжки - дискредитувати сучасну науку, по­казуючи, що її відкриття - тільки щасливі випадки, які вряди-го­ди трапляються серед забобонів, не менших за середньовічні. Я гадаю, що така думка виказує нерозуміння наукового підходу: вченого відрізняє не те, в що він вірить, а те, як і чому він вірить. Його віра, чи то переконання, - не догма, а тільки здо­гад, що грунтується на очевидності, а не на авторитеті чи інтуїції. Коперник слушно назвав свою теорію гіпотезою; його опоненти помилялися, вважаючи нові гіпотези непотрібними.

Засновники новітньої науки мають дві видатні риси, які не за­вжди поєднуються: незмірну терплячість у спостереженні і велику сміливість у будові гіпотез. Друга з цих рис була притаманна раннім грецьким філософам, перша, дуже великою мірою, - аст­рономам пізньої античності. Але жоден із давніх учених і мисли­телів, окрім хіба Арістарха, не поєднував обох рис, а в середньо­віччі ніхто не мав навіть одної з них. Коперник, як і його ве­ликі наступники, мав обидві ці риси. Він знав усе, що з сучас­ними йому інструментами можна було дізнатися про видимі рухи небесних тіл по небесній сфері, і побачив, що обертання Землі навколо своєї осі набагато економічніша гіпотеза, ніж обертання всіх небесних сфер. Згідно з сучасними поглядами, будь-який рух відносний, і простота - єдина перевага Коперникової гіпотези; проте ні Коперник, ні його сучасники так не вважали. Щодо річного обертання Землі в теорії знову було спрощення, проте не таке помітне, як у випадку добового обертання. Коперник не міг обійтися без епіциклів, хоча їх стало вже менше, ніж у системі Птолемея. Тільки після того, як Кеплер відкрив закони руху планет, нова теорія постала у своїй досконалій простоті.

Крім революційних змін в уявленнях про будову космосу, но­ва астрономія мала ще дві видатні заслуги: по-перше, з'явилось усвідомлення, що те, чому вірили з античних часів, може вияви­тись хибним; по-друге, критерієм наукової істини стали визнавати ретельне нагромадження фактів, поєднане зі сміливими гіпотезами щодо законів, які зв'язують ті факти докупи. У Коперникові обидві риси не такі сильні, як у його наступників, але вже цілком ясно виявились у його роботі.

Коперник розповів про свою теорію зокрема й кільком німецьким лютеранам, та коли Лютер почув про неї, він був обурений. «Люди наставляють вуха, - сказав він, - вискочневі астрологу, який намагається показати, що обертається Земля, а

не небо, небесна твердь, Сонце і Місяць. Хто хоче видаватися розумним, мусить вигадувати якусь нову систему, що, звісно, найкраща з усіх систем. Дурень прагне перевернути всю астро­номічну науку, але ж Святе Письмо нас навчає, що Ісус Навин звелів зупинитися Сонцю, а не Землі». Кальвін теж знищив Ко­перника цитатою з Біблії: «Світ стоїть твердо, не похитнеться» (псалом 93, І), і пояснив: «Хто наважиться поставити авторитет Коперника вище авторитету Святого Духа?». Протестантське духівництво було зрештою таке ж святенницьке, як і католицьке, та все ж невдовзі в протестантських країнах стало більше свободи думки, ніж у католицьких, бо в протестантських країнах духівництво мало меншу владу. Головне в протестантизмі - схиз­ма, а не єресь, бо схизма вела до створення національних цер­ков, а національні церкви були не досить сильні, щоб контролю­вати світський уряд. Це загалом вартісний здобуток, бо церкви всюди так довго, як лишень могли, опиралися практично кожно­му новому заходові, що побільшував на землі знання і щастя.

Коперник не міг навести очевидних доказів на користь своєї гіпотези, і довгий час астрономи відкидали її. Наступний видат­ний астроном - Тіхо Браге (1546 - 1601) - дотримувався комп­ромісних поглядів: уважав, що Сонце і Місяць обертаються на­вколо Землі, а планети обертаються навколо Сонця. Отже, в те­орії він не був дуже оригінальний, зате висунув два аргументи проти думки Арістотеля, ніби все вище Місяця незмінне. Одним із них стала поява у 1572 р. нової зірки, яка не мала добового паралаксу, отже, розміщалася далі за Місяць. Другий аргумент висновувався зі спостереження комет: вони теж виявились дуже далекими. Читач, певне, пам'ятає думку Арістотеля, буцімто зміни і занепад властиві тільки підмісячному світові; вона, як і багато інших висловлювань Арістотеля на наукові теми, стала пе­решкодою поступові.

Тіхо Браге важливий не як теоретик, а як спостерігач; спершу йому протегував король Данії, а згодом імператор Рудольф II. Браге уклав каталог зірок і відзначив позиції планет упродовж довгих років. Наприкінці життя в нього з'явився помічник, моло­дий Кеплер. Для Кеплера спостереження Тіхо Браге стали не­оціненні.

Кеплер (1571 - 1630) - один з найвидатніших прикладів того, чого можна досягти простим терпінням, маючи дуже мало геніальності. Кеплер - перший великий астроном після Коперни­ка, що прийняв геліоцентричну теорію, проте дані Тіхо Браге по­казали йому, що у формі, запропонованій Коперником, вона не зовсім правильна. Кеплер надихався піфагорійством і схилявся до якогось химерного поклоніння Сонцю, хоча й був добрим проте­стантом. Ці мотиви, безперечно, й прихилили його до геліоцентричної гіпотези. Піфагорійство спонукало його також йти за Платоновим «Тімеєм», уважаючи, що будова космосу відповідає п'ятьом правильним многогранникам. Він використав їх,

будуючи власні гіпотези, і кінець кінцем йому пощастило: одна з тих гіпотез виявилась правильна.

Найвидатніше досягнення Кеплера - відкриття трьох законів руху планет. Перші два опубліковано 1609 p., третій - 1619 р. Перший закон проголошує: планети рухаються по еліптичних орбітах, в одному з фокусів яких міститься Сонце. Другий закон стверджує: лінія, яка з'єднує планету з Сонцем, за однакові проміжки часу покриває однакові площі. Третій закон: квадрати періодів обертання планет пропорційні кубам середньої відстані їх від Сонця.

Важливість цих законів усе ж слід пояснити.

Перші два закони в Кеплерові часи могли бути доведені тільки для Марса; що ж до інших планет, то спостереження по­тверджували ці закони, проте не могли довести їх остаточно. Та невдовзі було знайдене остаточне потвердження.

Відкриття першого закону, тобто еліптичного руху планет ви­магало більших зусиль для звільнення від традицій, ніж це може уявити сучасна людина. Адже всі без винятку астрономи погод­жувались, що всі небесні рухи або колові, або складаються з ко­лових. Там, де для пояснення планет бракувало кіл, удавалися до епіциклів. Епіцикл - крива, яку описує точка на колі, що крутиться по іншому колу. Наприклад: візьмімо велике колесо і покладімо його на землю; далі берімо менше колесо, в обід якого забито цвях, і котімо менше колесо (що також лежить на землі) по ободу більшого колеса, так щоб цвях торкався землі. Слід цвяха на землі й буде епіциклом. Орбіта Місяця відносно Сонця, грубо кажучи, саме така: Земля описує коло навколо Сонця, а Місяць тим часом описує кола навколо Землі. Але це тільки на­ближення. Коли розрахунки стали точніші, виявилось, що жодна система епіциклів не відповідає фактам. Натомість Кеплерова гіпотеза набагато краще відповідала зареєстрованим позиціям Марса, ніж система Птолемея або навіть Коперника.

Заміна кіл на еліпси означала відмову від естетичного ухилу, що панував в астрономії з часів Піфагора. Коло - досконала фігура, а небесні світила - досконалі тіла, що спершу були бога­ми; навіть у Платона й Арістотеля вони тісно пов'язані з богами. Видавалося очевидним, що досконалі тіла повинні мати досконалі орбіти. Крім того, оскільки небесні тіла рухаються вільно, їх ніщо не штовхає й не тягне, то їхні рухи мають бути «при­родні». Далі, отже, легко було припустити, що «природне» саме коло, проте аж ніяк не еліпс; тобто, щоб сприйняти перший за­кон Кеплера, потрібно було позбутися багатьох укорінених упе­реджень. Жоден із грецьких філософів, навіть Арістарх Само-ський, не міг передбачити такої гіпотези.

У другому законі йдеться про неоднакову швидвість планети в різних точках її орбіти. Якщо S - це Сонце, а Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, P_s -позиції, які послідовно займає планета через однакові проміжки часу, - скажімо, через місяць, - то Кеплерів закон стверджує,

що площі P₁SP₂, P₂SP₃, P₃SP₄, P₄SP₅ всі однакові. Отже, найшвид­ше планета рухається тоді, коли вона найближча до Сонця, а найповільніше - коли вона найдалі від нього. Це знов-таки при­голомшувало: адже планети надто статечні, щоб часом квапитись, а часом гаятися.

Третій закон важливий тим, що порівнював рухи різних пла­нет, тоді як перші два закони розглядали планети поодинці. Третій закон звучить так: якщо r - середня відстань планети від Сонця, Т - тривалість її року, то відношення г³ до Т² однакове для всіх планет. Цей закон дозволив довести (в межах сонячної системи) Ньютонів закон про силу тяжіння, обернено пропорційну квадратові відстані. Та про це ми поговоримо згодом. Галілей (1564 - 1642) - найзначніший із засновників сучасної науки, який поступається хіба що Ньютонові. Він народився май­же того самого дня, коли помер Мікеланджело, а помер у рік, коли народився Ньютон. Я раджу запам'ятати ці факти тим (як­що такі є), хто ще й досі вірить у метемпсихоз. Галілей - ви­датний астроном, але, мабуть, іще видатніший як засновник ди­наміки.

Галілей спершу відкрив важливість прискорення в динаміці. Прискорення - це зміна швидкості, її величини або напряму; на­приклад, тіло, що рухається з однаковою швидкістю по колу, весь час зберігає доцентрове прискорення. Мовою, звичною в до-галілеєві часи, ми б сказали, що і на землі, і на небі Галілей уважав «природним» тільки рівномірний рух по прямій. Для не­бесних тіл вважалося «природним», що вони рухаються по колу, а земні об'єкти мали рухатись по прямій, проте вважалося, що, коли припинити дію на земний об'єкт, він мало-помалу зупи­ниться. Всупереч цьому поглядові Галілей уважав, що кожне тіло, коли припинити діяти на нього, й далі рухатиметься по прямій із незмінною швидкістю; будь-яка зміна чи то швидкості, чи напря­му руху вимагала пояснення дією якоїсь «сили». Цей принцип сформульовано Ньютоном як «перший закон руху». Він зветься також законом інерції. Я повернуся до нього згодом, але спершу слід докладніше розповісти про Галілеєві відкриття.

Галілей першим установив закон падіння тіл. Цей закон, коли є вже уявлення про «прискорення», дуже простий. Він проголо­шує, що в тіла, яке вільно падає, прискорення незмінне, воно може хіба трохи змінитись унаслідок опору повітря; крім того, прискорення однакове для всіх тіл, важких і легких, великих і малих. Остаточно перевірити цей закон стало можливим тільки тоді, коли винайшли повітряну помпу, тобто близько 1654 р. Після цього можна було спостерігати, як тіла падають практично у вакуумі, і виявилось, що пір'їна падає так само швидко, як свинцева кулька. А сам Галілей довів, що нема вимірюваної різниці часу при падінні малих і великих грудок однієї речовини. Доти всі вважали, що великий зливок свинцю впаде набагато швидше за малий, але Галілей експериментально довів, що ні.

Вимірювання в часи Галілея було не таким точним, як згодом, а все ж йому пощастило відкрити закон падіння тіл. Якщо тіло вільно падає у вакуумі, його швидкість постійно зростає на ту саму величину. В кінці першої секунди його швидкість становити­ме 32 фути за секунду, в кінці другої - 64 фути за секунду, в кінці третьої - 96 футів за секунду і так далі. Прискорення, тоб­то величина, на яку зростає швидкість, завжди те саме; щосекун­ди збільшення швидкості становить- близько 32 футів за секунду.

Галілей також вивчав траєкторії руху гарматних ядер - діло дуже важливе для його роботодавця герцога Тосканського. Вважа­лося, що ядро, випущене горизонтально, якийсь час рухається го­ризонтально, а потім раптом починає падати вертикально. Галілей довів, що, як не брати до уваги опору повітря, горизонтальна швидкість зоставатиметься незмінною згідно з законом інерції, на­томість вертикальна швидкість зростатиме згідно з законом падіння тіл. Щоб дізнатись, як рухатиметься ядро протягом яко­гось короткого часу, скажімо, однієї секунди, після того як воно вже подолало певну відстань, ми чинимо так. По-перше, якби ядро не падало, воно пролетіло б певну горизонтальну відстань, однакову з тією, яку подолало за першу секунду польоту. По-друге, якби воно не рухалось горизонтально, а просто падало, то впало б вертикально з швидкістю, пропорційною часові його падіння. По суті, ядро переміститься в просторі так, немов спер­шу воно одну секунду рухалося горизонтально з початковою швидкістю, а потім одну секунду вертикально падало із швидкістю, пропорційною часові перебування в польоті. Прості підрахунки показують, що траєкторією польоту буде парабола, і це й справді потверджують спостереження, як не брати до уваги відхилень, спричинених опором повітря.

Наведені вище міркування - простий приклад застосування правила, надзвичайно плідного в динаміці, правила, що, коли кілька сил діють одночасно, наслідки їхньої дії такі самі, як і в тому разі, коли б кожна з них діяла по черзі. Це частина за­гальнішого правила, що зветься правилом паралелограма. При­пустімо, наприклад, що ви перетинаєте впоперек палубу корабля, який пливе морем. Коли ви йдете, корабель рухається, отже, відносно води ви рухаєтесь і вперед, і впоперек напряму руху корабля. Якщо ви хочете дізнатися, куди ви перемістились відносно води, можна припустити, що спершу ви стояли, поки рухався корабель, а потім такий самий час корабель стояв, поки ви перетинали палубу. Це саме правило застосовується й до сил. Отже, можна визначити сумарний ефект дії кількох сил і засто­совувати цей метод при аналізі фізичних явищ, відкриваючи ок­ремі закони для кожної з тих сил, які діють на тіло, що ру­хається. Саме Галілей започаткував цей надзвичайно плідний ме­тод.

У викладених вище поясненнях я скількимога намагався по­слугуватися мовою сімнадцятого сторіччя. Сучасна мова істотно

відрізняється від тодішньої, але пояснюючи те, чого досягнуло сімнадцяте сторіччя, бажано перейняти й тодішню манеру вислов­люватись.

Закон інерції пояснив загадку, якої до Галілея нездатна була розв'язати система Коперника. Як уже згадувано вище, якщо опустити камінь із верхівки вежі, він упаде біля її підніжжя, а не трохи на захід від неї; але ж, якщо Земля обертається, вона повинна переміститися на певну відстань, поки падає камінь. Цього не стається тому, що камінь зберігає швидкість обертання, яку до падіння він поділяв з усім іншим, що є на земній по­верхні. Та насправді, якби вежа була досить висока, спостерігався б ефект протилежний тому, якого сподівались опоненти Коперни­ка. Верхівка вежі, містячись далі від центра Землі, ніж підніжжя, рухається швидше, отже, камінь упав би трохи на схід від підніжжя. Проте цей ефект надто мізерний, щоб його можна було виміряти.

Галілей палко прихилився до геліоцентричної системи; він лис­тувався з Кеплером і схвалив його закони; почувши згодом, що якийсь голландець винайшов телескоп, Галілей теж сконструював телескоп і дуже скоро зробив чимало важливих відкриттів. Він побачив, що Молочний Шлях складається з безлічі окремих зірок. Спостерігав фази Венери, які, що знав іше сам Коперник, випли­вали з його теорії, але яких не можна було помітити нео­зброєним оком. Відкрив супутники Юпітера, назвавши їх, на честь свого роботодавця, «sidera medicea» («зірки Медічі»). Було з'ясовано, що ці супутники коряться Кеплеровим законам. Але тут постали нові труднощі. Завжди існувало сім небесних тіл, п'ять планет, Сонце і Місяць: адже сім священне число. Хіба ж не неділя сьомий день? Хіба нема семираменних свічників і сімох азіатських церков? Що ж може бути природнішого, ніж гадати, що є сім небесних тіл? Та якщо додати чотири Юпітерові місяці, буде одинадцять — число, що не має ніяких магічних властиво­стей. На цій підставі традиціоналісти засудили телескоп, відмовилися дивитись у нього і стверджували, що він показує самі омани. Галілей у листі до Кеплера писав, що було б добре посміятися вдвох із глупоти «юрби»; з дальшого тексту зрозуміло, що «юрбу» становили викладачі філософії, які намагалися звести зі світу Юпітерові супутники, вдаючись до «софістичних аргу­ментів, немов до магічних заклять».

Галілей, як відомо, був засуджений інквізицією, спершу таємно 1616 p., a 1633 р. публічно. Другого разу Галілей зрікся своїх переконань, пообіцявши ніколи не казати, буцімто Земля обертається. Інквізиції таки вдалося придушити науку в Італії, що потім не відроджувалась там упродовж століть. Але вона не змогла перешкодити вченим визнавати геліоцентричну теорію і своєю глупотою заподіяла Церкві чималої шкоди. На щастя, були й протестантські країни, де духівництво, теж прагнучи зашкодити науці, не мало змоги контролювати державу.

Ньютон (1642-1727) одержав остаточну й рішучу перемогу, шлях до якої простелили йому Коперник, Кеплер і Галілей. По­чавши з трьох законів руху, - з яких перші два він завдячував Галілеєві, - він довів, що три закони Кеплера еквівалентні при­пущенню, ніби кожна з планет будь-якої даної миті має приско­рення до Сонця, яке змінюється обернено пропорційно квадратові її відстані від Сонця. Ньютон довів, що, згідно з тією ж форму­лою, прискорення до Землі й до Сонця пояснюють рухи Місяця і що прискорення тіл, котрі падають на земну поверхню, так само як і прискорення Місяця, обернено пропорційне квадратам їх відстані від Землі. Ньютон визначив «силу» як причину зміни ру­ху, тобто причину прискорення. Таким чином він зміг сформулю­вати закон всесвітнього тяжіння: «Кожне тіло притягує будь-яке інше тіло з силою, прямо пропорційною добуткові їхніх мас і обернено пропорційною квадратові відстані між ними». З цієї формули він зміг вивести все в планетарній теорії: рухи планет та їхніх супутників, орбіти комет, припливи. Згодом виявилось, що навіть незначні відхилення від еліптичних орбіт у деяких планет виводяться з закону Ньютона. Тріумф був такий цілковитий, аж виникла небезпека, що Ньютон стане Арістотелем, створивши нездоланну перешкоду для поступу. В Англії тільки через століття по смерті Ньютона вчені досить звільнилися від його авторитету, щоб провадити оригінальні дослідження в галу­зях, у яких працював і він.

Сімнадцяте сторіччя уславилось видатними відкриттями не тільки в астрономії і динаміці, а й у інших галузях науки.

Пригляньмося спершу до наукових інструментів*. Комбінований мікроскоп винайдено напередодні сімнадцятого сторіччя, близько 1590 р. Телескоп 1608 р. винайшов голландець Ліпперсей, хоча тільки Галілей уперше почав використовувати його для наукових досліджень. Дуже ймовірно, що Галілей ще й винайшов термо­метр. Його учень Торрічеллі винайшов барометр. Геріке (1602-1686) винайшов повітряну помпу. Хоча годинники винайдено раніше, в сімнадцятому сторіччі їх значно вдосконалено, головно Галілеєм. Завдяки цим винаходам наукові виміри стали набагато точніші і ширше застосовувались, ніж у будь-яку попередню добу.

Важливі відкриття відбувалися не тільки в астрономії і ди­наміці. 1600 р. Гільберт (1540-1603) опублікував своє велике дослідження про магніти. Гарвей (1578-1657) відкрив кровообіг і опублікував своє відкриття 1628 р. Левенгук (1632-1723) відкрив сперматозоїди, хоча інший учений, Стефан Гам, відкрив їх, здається, на кілька місяців раніше. Левенгук відкрив іще найп­ростіших, тобто одноклітинні організми, і навіть бактерії. Роберт Бойль (1627-1691) був, як навчали дітей, коли я ще ходив до

* Див. про це розділ «Наукові інструменти» у вид.: Wolf A. A History of Science, Technology, and Philosophy in the Sixteenth and Seventeenth Centuries.

школи, «батьком хімії і сином графа Коркського». Найвідоміший його так званий «закон Бойля»: в даній кількості газу при незмінній температурі тиск обернено пропорційний об'ємові.

Досі я нічого не казав про поступ у чистій математиці, хоча насправді він був дуже великий і значною мірою необхідний для розвитку фізики. Непер опублікував свій винахід логарифмів 1614 р. Працею кількох математиків сімнадцятого сторіччя, серед яких найбільший внесок належить Декартові, створено аналітичну геометрію. Диференціальне та інтегральне числення винайшли не­залежно один від одного Ньютон і Ляйбніц; воно стало інструментом майже всієї вищої математики. Я назвав тільки найвидатніші досягнення в галузі чистої математики, хоча відкриттів, і то важливих, було дуже багато.

Наукові відкриття, які ми щойно розглянули, цілковито змінили світогляд тодішніх освічених людей. На початку сторіччя сер Томас Браун брав участь у відьомських трибуналах, у кінці таке стало вже неможливим. У Шекспірові часи комети ще вва­жалися призвістками лиха, та після публікації Ньютонових «На-чатків» у 1687 р. стало відомо, що він і Галлей вирахували орбіти кількох комет і показали, що вони теж, як і планети, ко­ряться законові тяжіння. Над людською уявою запанував закон, зробивши неможливими такі речі, як чари і відьмування. 1700 р. світогляд освіченої людини став цілком новітнім, а 1600 p., окрім нечисленних винятків, він іще зоставався переважно середньовічним.

Далі в цьому розділі я спробую коротко сформулювати філософські уявлення, породжені наукою сімнадцятого сторіччя, і вказати, в яких аспектах сучасна наука відрізняється від науки Ньютонових часів.

Насамперед слід зазначити, що з фізичних законів майже зовсім зникли сліди анімізму. Греки, хоч і не кажучи цього яв­но, здатність рухатись уважали ознакою життя. Коли просто спо­стерігати, здається, що тварини рухаються самі, а нежива матерія рухається тільки тоді, коли на неї діє зовнішня сила. За Арістотелем, душа тварини має багато функцій, і одна з них -рухати тіло тварини. За грецькими уявленнями, Сонце й планети можуть бути богами або принаймні боги рухають їх і керують ними. Анаксагор гадав інакше, за те його і вважали безбожни­ком. Демокріт гадав інакше, проте ніхто, крім епікурійців, не шанував його: всі схилялись перед Платоном і Арістотелем. Сорок сім чи п'ятдесят п'ять нерухомих рушіїв Арістотеля - це божест­венні духи, які, зрештою, є єдиним джерелом усього руху у всесвіті. Якщо на неживе тіло ніщо не діятиме, воно невдовзі зупи­ниться, - отже, щоб рух не припинився, душа весь час має діяти на матерію.

Усе це змінилося після відкриття першого закону руху. Нежи­ва матерія, почавши рухатись, рухатиметься довіку, поки її не зупинить якась зовнішня причина. Крім того, зовнішні причини

зміни руху самі виявляються матеріальними, як тільки їх можна точно встановити. Принаймні сонячна система рухається сама, за своїми власними законами, не треба ніякого зовнішнього втручан­ня. Все ж, здавалося, потрібен був Бог, щоб запустити механізм у роботу: планети, за Ньютоном, спершу були запущені Божою рукою. Та коли Бог це зробив і встановив закон тяжіння, далі все зарухалося саме, зникла потреба в дальшому божественному втручанні. Коли Лаплас висловив припущення, що ті самі сили, які діють тепер, колись призвели до утворення планет, що вирос­ли з Сонця, участь Бога в порядкуванні природою стала ще мен­ша. Він міг зоставатись як Творець, але й у цьому за­сумнівались, оскільки не знали, має світ початок у часі чи ні. Хоча більшість учених становила взірець побожності, світогляд, що формувався під впливом їхніх праць, стривожив ортодоксію, і теологи цілком слушно занепокоїлись.

Ще одним наслідком наукових досягнень стала глибока зміна уявлень про місце людини у всесвіті. В середньовічну добу Земля була центром небес і все у світі існувало задля людини. В Нью-тоновому світі Земля стала малою планетою не дуже примітної зірки; астрономічні відстані такі величезні, що Земля порівнюючи з ними видавалася маковим зернятком. Здавалося неймовірним, щоб увесь складний апарат всесвіту був задуманий задля добра якихось дрібних створінь на тім маковім зернятку. До того ж ме­ту, що з часів Арістотеля становила невіддільну частину наукових уявлень, тепер геть усунули з природничих досліджень. Можна, звісно, й далі вірити, що небеса існують на те, аби звістувати славу Господню, та ніхто не дозволить цій вірі втручатися в аст­рономічні обрахунки. Світ може мати мету, але жодна мета вже не входить до наукових пояснень.

Коперникова теорія, здається, мала применшити людські гор­дощі, та насправді сталося протилежне, перемоги науки додали людині ще більших гордощів. Античний світ, що йшовг до занепа­ду, був пригнічений уявленням про гріх і передав той гніт серед­ньовіччю. Бути смиренним перед Господом означає виявляти і ро­зум, і праведність, бо гордощі Бог карає. Пошесті, повені, земле­труси, турки, татари і комети приголомшували похмурі сторіччя, вважалося, що лише дедалі більша смиренність відверне всі ці справжні або тільки вигадані лиха. Та вже не можна зоставатися смиренним, коли людина одержала такі перемоги:

Глибокий морок повивав природу і весь її закон, -

Та стало світло, бо сказав Господь: «Нехай буде Ньютон».

Що ж до прокляття, то, певне, в такому величезному всесвіті у Творця є якісь поважніжі справи, ніж посилати людей до пек­ла за дрібні теологічні похибки. Юда Іскаріот, може, й прокля­тий, але не Ньютон, хоч він і схилявся до аріанства.

Існувало ще й чимало інших причин самовдоволення. Татари

залишились у глибинах Азії, а турки вже не загрожували. Ко­мети поставив на місце Галлей, а щодо землетрусів, то вони, дарма що потужні й руйнівні, такі цікаві, що вчені навряд чи нарікають на них. Народи Західної Європи швидко забагатіли і стали господарями всього світу: підкорили Північну й Південну Америки, утвердилися в Африці та Індії, їх поважали в Китаї і боялися в Японії. Коли до цього всього додати тріумф науки, то не дивно, що люди сімнадцятого сторіччя почувалися славними хлопцями, а не жалюгідними грішниками, хоча щонеділі в церкві вони й далі так називали себе.

Концепції сучасної теоретичної фізики в кількох аспектах відрізняються від Ньютонової системи. Почнімо з уявлення про «силу», що було провідним у сімнадцятому сторіччі, а тепер виз­нане зайвим. «Сила», за Ньютоном, - це причина зміни руху, його швидкості або напряму. Вказівка на причину вважалася ду­же важливою, а сила уявлялась як щось подібне до того, що ми відчуваємо, штовхаючи або тягнучи. Тому й те, що тяжіння діє на відстані, вважалося слабким місцем теорії, і навіть сам Нью­тон гадав, що повинен існувати якийсь посередник, через який воно передається. Мало-помалу виявилося, що можна записати всі рівняння, не вводячи сили. Спостерігався тільки певний зв'язок між прискоренням і взаємним розміщенням планет; сказати, що цей зв'язок здійснюється через посередництво «сили», означає не додати до наших знань нічого. Спостереження показують, що планети завжди мають прискорення до Сонця, яке змінюється обернено пропорційно квадратові відстані від нього. Сказати, що це відбувається завдяки «силі» тяжіння, - це просто пусті слова, так само як твердження, що опій присипляє людей, бо має снодійні властивості. Отож сучасний фізик тільки встановлює формулу, яка визначає прискорення, і взагалі уникає слова «си­ла». «Сила»» - це блідий привид віталістських уявлень про при­чини руху, і мало-помалу цього привида вигнали.

Поки не виникла квантова механіка, не сталося нічого, що могло б хоч трохи змінити саму суть перших двох законів руху, тобто твердження, що закони динаміки формулюються через при­скорення. З цього погляду і Коперника, і Кеплера слід зарахову­вати до давніх: вони шукали законів, що визначають форми орбіт небесних тіл. Ньютон з'ясував, що закони, сформульовані так, можуть бути тільки приблизними. Планети не рухаються по точ­них еліпсах унаслідок відхилень, спричинюваних притяганням інших планет. З тієї ж причини планетна орбіта ніколи точно не повторюється. Проте закон тяжіння, в якому йдеться про приско­рення, був дуже простий, і цілі два століття після Ньютонової смерті вважався цілком точним. Навіть коли його вдосконалив Ейнштейн, закон і далі був пов'язаний із прискоренням.

Щоправда, закон збереження енергії пов'язаний не з приско­ренням, а з швидкістю. Та в розрахунках, що спираються на цей закон, знов-таки слід удаватись до прискорення.

Зміни, запроваджені квантовою механікою, дуже глибокі, проте її твердження ще до певної міри суперечливі і непевні.

Слід згадати про одну істотну відміну від ньютоніанської філософії - квантова механіка відмовилась від абсолютного про­стору і часу. Читач пам'ятає, що ми вже згадували це питання, говорячи про Демокріта. Ньютон вірив у простір, що складається з точок, і час, що складається з митей; вони існують незалежно від тіл та подій, що заповнюють їх. Щодо простору в нього був емпіричний аргумент на підтримку свого погляду: адже фізичні явища дають нам можливість визначити абсолютне обертання. Як­що, перемішуючи, крутити воду у відрі, вона підніматиметься попід стінками і прогинатиметься посередині; та якщо відро кру­тити, а воду ні, такого ефекту не спостерігатиметься. Вже після Ньютона проведено дослід із маятником Фуко, який мав демонст­рувати те, що вважається обертанням Землі. Навіть з найсу­часніших поглядів проблема абсолютного обертання не має за­довільного розв'язку. Якщо будь-який рух відносний, то різниця між гіпотезою про обертання Землі і гіпотезою про обертання не­ба чисто словесна, не більша за різницю між висловами «Джон -батько Джеймса» і «Джеймс - син Джона». Та якщо небеса обер­таються, то зірки рухаються швидше за світло, що вважається неможливим. Не можна сказати, що відповіді сучасної науки на це тяжке питання цілком задовільні, але вони досить задовільні, щоб майже кожен фізик визнав думку, що простір і час чисто відносні.. Оця відносність, а також злиття часу і простору в часо-простір значно відмінили наші уявлення про всесвіт порівнюючи з тими, які випливали з праць Галілея і Ньютона. Але про це, як і про квантову теорію, я поки що більше не говоритиму.

Дата добавления: 2015-07-08