Книга: Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.

Введение

Введение

В июле 1971 года космонавт Дэвид Скотт, командир экипажа миссии «Аполлон-15», ступив на поверхность Луны, проделал очень простой эксперимент, имевший при этом огромное историческое значение: он бросил с одной высоты молоток и перышко. Как и ожидалось, они коснулись поверхности Луны одновременно, что можно видеть на записи, сделанной для американского телевидения. После окончания эксперимента Скотт удовлетворенно сказал: «Галилей был прав».

Космонавт провел этот опыт в знак уважения к ученому-провидцу, который заложил основы современной физики и изучал падение тел с математической точки зрения. Это уважение основывается на множестве заслуг и достижений Галилея. При помощи телескопа он изучал небесные тела, в том числе лунные горы и долины. Его методический подход к исследованию природы сделал возможным технологический прорыв, который мы переживаем сегодня и который позволил, в частности, построить космические корабли для миссий «Аполлон». Как говорил Фрэнсис Бэкон, современник ученого, «природу можно покорить, только подчиняясь ей», а Галилею удалось найти способ и подчиниться природе, и покорить ее.

Он занимает особое место в истории науки благодаря значительному вкладу в самые разные ее области, такие как астрономия, физика, математика, не говоря уже о создании работ высокой художественной ценности. Галилей считается первым ученым в современном смысле этого слова. Сам Альберт Эйнштейн присвоил ему этот титул, сказав: «Все, что мы знаем о реальности, исходит из опыта и завершается им. Поскольку первым это понял Галилей [...], он и является отцом современной физики, а говоря начистоту, и всей современной науки».

Среди предшественников ученого особо выделяется Архимед, которого Галилей считал своим наставником. Он использовал учение древнего грека, чтобы впервые совместить математику с наблюдением и опытами. Таким образом ученый создал методологию, которая впоследствии широко распространилась. Ее квинтэссенция выражена Галилеем в известной метафоре: «Философия написана в величественной книге (я имею в виду Вселенную), которая постоянно открыта нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана же она на языке математики [...]». Новый метод вынуждал окружающий мир давать ясные ответы на поставленные вопросы без философских рассуждений о первопричинах, о которых все равно ничего не было известно. Так Галилей смог установить с природой плодотворный диалог, к которому человечество стремилось с давних времен. Изобретение научного метода было историческим прорывом и открыло дорогу к познанию мира.

Его эксперименты с шарами на наклонной поверхности и современные опыты с ускорением частиц отличаются лишь уровнем технической оснащенности. Общим в них является стремление к диалогу с природой, основанному на создании искусственных условий, которые можно воспроизвести нужное количество раз для проверки существующих гипотез.

Галилей не только радикально изменил методологический подход, но и как никто другой способствовал разрушению старых представлений о мироустройстве, основанных на геоцентризме. В то время Вселенная считалась конечной замкнутой сферой, состоящей из концентрических слоев, а в ее центре находилась Земля. В противовес этому упорядоченному космосу Коперник предложил альтернативный взгляд, гелиоцентризм, согласно которому в центре Вселенной расположено Солнце, а остальные планеты, в том числе и Земля, вращаются по орбитам вокруг него. Галилей с помощью рассуждений и наблюдений смог опровергнуть все возражения геоцентристов, и невероятное предположение о том, что Земля движется, стало считаться истинным. Однако ученый, внесший огромный вклад в разрушение старых представлений о мире, которые доминировали на протяжении 20 веков, потерпел поражение перед догматизмом и нетерпимостью, ничем не аргументированными. Но несмотря на это поражение ученый одержал победу, поскольку благодаря его исследованиям геоцентрическая модель навсегда отошла в прошлое, и последующие поколения приняли новое представление о Вселенной.

Его главным оружием в борьбе с геоцентризмом был телескоп. Для изучения небес ученый использовал открытое голландцами свойство линз увеличивать предметы. Перед его взором предстала бесконечная панорама, и число наблюдаемых звезд Млечного Пути возросло в разы, а Вселенная заполнилась новыми объектами. Галилею выпала огромная честь впервые созерцать спутники Юпитера, пятна на Солнце, горы на Луне. Он рассказал о своих открытиях в книгах, таких как Sidereus nuncius («Звездный вестник»), который стал одним из бестселлеров того времени, хотя надо помнить, что тираж каждого издания не превышал 500 копий. Сейчас «Вестник» считается самой авторитетной книгой XVII века — благодаря ей Галилею удалось привлечь внимание ученых, жаждавших узнать о последних открытиях в природе и Вселенной.

Слава о Галилее распространилась по всей Европе и покорила даже королевские дворцы. Если кто-то отрицал его открытия, ученый просто предлагал оппоненту подойти к телескопу и взглянуть в окуляр своими глазами. Наблюдение было лучшим аргументом, который убеждал сомневающихся быстрее, чем самые остроумные рассуждения.

Исторический период, в котором жил ученый, известен как эпоха научной революции, произошедшей в XVI-XVII веках. Хотя некоторые идеи были высказаны раньше, именно в этот период произошел резкий разрыв с прошлым, а наука стала отдельной областью мысли, отличной от традиционной натурфилософии. Галилей был одним из самых ярких представителей своего времени и лучше всего воплощал ценности этой революции. Он не был одинок; нельзя забывать о других астрономах и математиках, которые также способствовали распространению гелиоцентризма, заложили фундамент современной науки и прославили свое время. В их число входят, например, Коперник, открытия которого подтолкнули развитие науки и опрокинули старые представления, словно костяшки домино; Тихо Браге, Кеплер, философ Джордано Бруно, сожженный на костре за защиту еретических идей, таких как бесконечность Вселенной. Подобная угроза висела над всеми учеными того времени, а особенно над Галилеем, стоявшим во главе научного поиска.

Исаак Ньютон единодушно признан главным выразителем идей научной революции, поскольку он создал новую, полную и законченную физику. Его закон всемирного тяготения объединил два мира, которые, как считалось до этого, управлялись разными физическими правилами: идеальный мир звезд, с одной стороны, и бренный земной мир — с другой. Действительно, законам Ньютона подчинялось и падение яблок с деревьев, и движение Луны вокруг Земли. Однако, как говорил сам ученый, его открытия стали возможными только потому, что он стоял на «плечах гигантов». Без всякого сомнения, среди этих гигантов был и Галилей.

В своей последней работе, «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящиеся к механике и местному движению», Галилей положил начало новой науке о движении, кинематике, изучавшей равномерное и равноускоренное движение, и даже смог точно рассчитать параболическую траекторию снаряда. Большое значение имеют и его рассуждения о принципе инерции, которые Ньютон впоследствии включил в свою систему как первый закон, то есть фундаментальное правило.

Сейчас все студенты начинают изучение физики с идей, концепций и опытов, предложенных Галилеем. «Дерзай знать» (Sapere aude) — девиз, который, по мнению философа Иммануила Канта, лучше всего определял сущность Просвещения, но он так же прекрасно описывал и стремление, которое двигало Галилеем, и смысл всех его научных исследований. У героя нашей книги хватило смелости противостоять авторитету и славного Аристотеля, и грозной Церкви. В столкновении с господствующими идеями ученый использовал весь свой талант, чтобы найти подходящие аргументы и убедить скептиков. Он противостоял власти, которая видела в нем угрозу. Галилей боролся за истину и свободу и утверждал, что они не всегда описаны в известных книгах.

Церковь унизила ученого, заставила его отступить, однако в XX веке Иоанн Павел II решил пересмотреть дело Галилея. Комиссия, созданная для изучения исторического процесса против ученого, постановила, что приговор был несправедливым. Эта реабилитация резко контрастирует с удушающим контролем церковных властей над обществом в эпоху Возрождения.

Характерной чертой науки является то, что с ее развитием место человека в огромной Вселенной все время уменьшается. Гелиоцентризм стал первым большим «унижением» для человечества (поскольку ни Земля, ни, следовательно, человек, больше не были центром мироздания), а за ним последовали и другие, например дарвиновская теория естественного отбора.

Галилей считается не только одним из величайших ученых всех времен, но и одним из лучших писателей. В годы его жизни выбор языка для написания книг был непростой задачей. Латынь была академическим языком, которым ученые пользовались для публикации результатов, но это серьезно препятствовало приобщению к просвещенному миру широких масс. Самые бедные слои населения считались недостойными доступа к «культуре», которая была привилегией немногих избранных. Галилей же ясно понимал, что для успеха его идей они должны стать известны максимальному количеству людей. Он писал с таким непревзойденным блеском и талантом, что некоторые его тексты, например «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой», являются достоянием не только истории науки и философии, но и мировой литературы.

Астрономы уже давно не спорят о том, какое небесное тело находится в центре Вселенной. Сейчас разворачиваются дискуссии о существовании темной материи или энергии либо о еще более далеких горизонтах, например о возможном существовании бесконечного числа Вселенных, помимо нашей. Опыты становятся все более изощренными, и все больше областей жизни являются предметом научного исследования. Такие телескопы, как «Хаббл», позволяют получить немыслимые ранее изображения. Открываются миллионы планет, похожих на нашу. И именно Галилей заложил основы расцвета науки, который мы наблюдаем сейчас.

1564 15 февраля в Пизе в семье Винченцо Галилея родился Галилео Галилей, старший из шести детей.

1581 Галилей поступает на медицинский факультет Пизанского университета. Спустя четыре года он уходит из него, не закончив обучение.

1588 Будущий ученый предлагает свою кандидатуру на место профессора математики в университете Болоньи и получает отказ. Годом позже ему дают кафедру в Пизанском университете. В это же время он пишет диалог De Motu («О движении»).

1591 Умирает отец Галилея, и ученому приходится самому содержать всю семью.

1592 Галилей начинает работать в университете Падуи. Чтобы сводить концы с концами, он, помимо профессорской работы, дает частные уроки и пытается продать свои изобретения.

1600 У Галилея рождается первая дочь Вирджиния от Марины Гамба (вне брака).

1609 Галилей собирает телескоп и представляет его венецианскому сенату.

1610 Ученый открывает четыре спутника Юпитера, пишет «Звездный вестник». Козимо II Медичи назначает его своим философом и математиком. Галилей наблюдает новые объекты вокруг Сатурна.

1613 Публикует «Историю и демонстрацию солнечных пятен», в которой утверждает о существовании пятен на Солнце. Создает так называемые «Коперниковы записки», которые будут дополнены «Письмом Кристине Лотарингской». Их распространение вызовет большое смятение среди теологов.

1615 Монах-кармелит Паоло Фоскарини заявляет, что теория Коперника не противоречит религии. Инквизиция предъявляет Галилею обвинение.

1623 Галилей публикует «Пробирных дел мастера», в котором содержится важное описание научного метода.

1624 Папа Урбан VIII дает Галилею разрешение изложить в качестве гипотезы теорию Коперника.

1632 Галилей публикует «Диалог о двух главнейших системах мира...». Через несколько месяцев Инквизиция приговаривает его к пожизненному заключению, которое впоследствии смягчается до домашнего ареста.

1634 Умирает дочь Галилея, монахиня Мария Челеста.

1638 Галилей публикует «Беседы и математические доказательства...» — книгу, закладывающую основы современной физики.

1642 8 января в возрасте 77 лет ученый умирает на вилле в Арчетри.