Энергия и энтропия

DjVu

      Введение
      ЦАРИЦА МИРА И ЕЕ ТЕНЬ
      Над всем, что совершается в беспредельном пространстве, в потоке преходящего времени властвует Энергия, как царица или богиня, озаряя своим светом и былинку в поле, и гениального человека, здесь даря, там отнимая, но сохраняясь в целом количественно неизменной... Но где свет, там и тень, имя которой — Энтропия. Глядя на нее, нельзя подавить в себе смутного страха — она, как злой демон, старается умалить или совсем уничтожить все то прекрасное, что создает светлый демон — Энергия. Все мы находимся под защитой Энергии, и все отданы в жертву скрытому яду Энтропии... Количество Энергии постоянно, количество же Энтропии растет, обесценивая Энергию качественно. Солнце светит, но тени становятся все длиннее. Всюду рассеяние, выравнивание, обесценивание...
      Примерно так торжественно и пессимистично писал об энергии и энтропии один из авторов популярных книжек начала XX века.
      Однако первые попытки научного определения этих понятий были предприняты немногим более 120 лет назад. Тысячелетиями же до этого люди пользовались тем что теперь называется энергией, не задумываясь над сущностью происходящего и не зная не только этого термина, но и самого понятия Энтропия же вообще находилась за пределами возможностей их созерцательного и эмпирического познания.
      Наблюдая падение камня, стреляя из лука, а позже греясь у костра, древний человек не знал, что все это совершается за счет затраты различных видов некоей энергии (теперь бы мы сказали соответственно: грави-статической, упругостной и химической).
      Постепенно человеческий ум стал обнаруживать между простыми эмпирическими наблюдениями частные причинные связи, потом — систематизировать их в более широкие закономерности, которые раскрывали истинную взаимозависимость событий, происходивших в окружающем мире, и сводили на нет религиозно-мистические «объяснения» их.
      Все это стало возможным благодаря выделению обобщающих абстрактных определений — понятий, с которых начинается наука, — «вода», «земля», «огонь», «сила», «тепло» и т. д. Они выкристаллизовывались в сознании человека долгие тысячелетия на основе множества наблюдений, практической деятельности, развития техники и ее теории.
      Процесс образования таких понятий, как «энергия», «энтропия» и связанных с ними — «сила», «работа силы», «импульс силы» (количество движения), неотделим от процесса практического развития энергетики, в котором можно наметить пять периодов.
      Первый период — начало его теряется в глубине тысячелетий, конец — V — VII вв. Человек обходился мускульной силой (источником которой служила химическая энергия растительного и животного мира, поглощавшаяся с пищей), теплом Солнца, а позже — костра.
      Второй период — с VIII до XVIII в. В это время были изобретены водяное колесо и ветряные крылья, в результате чего часть работы стали выполнять движущаяся вода и ветер.
      Третий период — примерно с XVIII в. и до 1943 г., когда главной силой становится «движущая сила огня», а основным источником энергии — невозобновляемая химическая энергия минерального органического топлива: каменного угля, нефти, природного газа и т. п.
      С 1943 г. начался четвертый, современный, период, характеризующийся овладением и все более широким использованием ядерной энергии, истощением химических энергоресурсов и загрязнением окружающей среды.
      Если не будут открыты неизвестные сейчас источники энергии, то в будущем человечество ожидает, вероятно, пятый период, когда исчерпаются все невозобновляемые химические и ядерные энергетические ресурсы и придется жить в состоянии динамического равновесия, довольствуясь непрерывно возобновляющимися ресурсами: солнечным излучением, движением вод в реках и морях,
      энергией ветра, теплом недр Земли и химической энергией растений.
      Мускульная сила оценивалась величиной давления или тяги, то есть воспринималась в современном ее значении — как мера взаимодействия тел, например лошади и телеги. Теперь мы знаем, что чем больше сила и чем на большем пути она действует, тем большая совершается работа. Следовательно, механическая работа есть произведение силы на путь точки ее приложения (если направления силы и пути совпадают, а если нет, то надо еще умножить на косинус угла между ними). Количество работы, производимое в единицу времени, называют мощностью.
      Позже стали обнаруживать новые виды взаимодействий. К ним относятся четыре элементарных — ядерные, электромагнитные, слабые (нейтринные) и ультраслабые (гравитационные) — и различные их производные. Им соответствуют свои силы и выражения работы.
      Долгое время человек не выделял работу и мощность в особые понятия и обозначал их одним термином — «сила». Так, до нашего времени сохранилась единица мощности «лошадиная сила» (равная 75 килограммометрам в секунду). Эти значения «силы» стали применяться все чаще и шире, по мере того как наши предки осваивали все большее число рабочих процессов и операций: строительство жилищ, мостов, различные ремесла, обработку полей, полку зерна и т. д.
      Потребность как-то оценить интенсивность механического движения стрелы, брошенного камня и т. п. привела к возникновению еще одного понятия — «количества движения», или импульса, определяемого теперь как произведение массы тела на векторную (зависящую от направления) величину его скорости — тсо.
      Когда же началось широкое использование «движущей силы огня» — появились паровые машины, в которых тепло, получаемое от сжигания топлива, превращалось в механическую работу, термин «сила» приобрел третье значение — энергии, то есть источника «деятельной силы», источника работы. Позже энергию движущейся системы, например, камня или газа, стали называть кинетической, а энергию системы, приведенной в состояние, которое позволяет получить движение, хотя такового пока и нет, — камень поднят над землей, газ сжат в баллоне — потенциальной. С открытием и исследованием по-
      мимо механической других форм движения материи — электрической, электромагнитной, химической, тепловой и т. п. — энергия стала рассматриваться как их общая скалярная (не зависящая от направления) мера.
      Научившись различать виды материи, формы ее движения и виды взаимодействий, естествоиспытатели и инженеры все чаще начали говорить: «механическая энергия», «электрическая энергия», «химическая энергия» и т. п. Так стихийно возникло, точно не определенное и в наше время еще одно понятие — «виды энергии». При этом было обнаружено, что где бы и какие бы ни происходили изменения в материальном мире, они всегда сопровождаются переходами энергии или превращениями ее видов.
      В 1845 — 1847 гг. был открыт закон сохранения количества энергии при взаимопревращениях ее видов и осознана в полной мере выдающаяся роль энергии в жизни и прогрессе человечества — и ученые присвоили ей романтический титул «царицы мира». Заметив же, что все виды энергии превращаются в тепло, которое, передаваясь более холодным телам, в конечном итоге рассеивается в окружающей среде, излучаясь затем в мировое пространство, всего через 20 лет обнаружили и ее знаменитую «тень» — энтропию — меру этого рассеяния. Чем больше рассеивается, деградирует энергия, тем больше растет величина энтропии.
      И энергия и энтропия — слова греческого происхождения. «Эн» означает «в» или «содержание», «эрг» — корень слова «работа», а «тропе» — «превращение». Выбирая эти термины, ученые хотели отразить в них сущность соответствующих им понятий: изменение энергии ДЕ — =?i — Е2 изолированной системы указывает максимальное количество работы Атах, которое система могла бы совершить теоретически, переходя из состояния 1 в состояние 2, а изменение энтропии AS=S2 — Si — ту часть Qo=To&S запаса энергии Д?, которая в реальных условиях перехода и данной окружающей среды температуры Г0 превращается в тепло и рассеивается, уменьшая величину действительной работы до Аж — Атах — r0AS. Таким образом, можно сказать, что изменение энтропии характеризует величину «рассеяния» энергии в процессе взаимопревращений ее видов.
      Различают два способа перехода энергии — совершение работы и теплообмен. Превращение видов энергии
      происходит, да и то не всегда, только в первом случае, во втором же энергия переходит в неизменном виде — в виде тепла (при наличии разности температур и всегда к телам наинизшей в данной системе температуры).
      Изменение энергии системы определяется только разностью ее значений в начальном и конечном состоянии перехода, в противном случае система стала бы источником энергии «из ничего», что противоречит закону сохранения энергии. Энтропия тоже есть функция состояния системы, но количество тепла Q= / TdS, выражающее «потерю» энергии, зависит от характера совершающегося процесса, поскольку от него зависит как количество тепла, рассеивающееся вследствие прямого теплообмена системы с окружающей средой, так и количество тепла, выделяющееся и рассеивающееся вследствие трения. Поэтому в действительности получаемая работа тоже зависит от характера процесса и никогда не бывает равна максимальной, то есть изменению энергии системы. Она меньше последней на величину потерь энергии «через тепло» из-за трения и теплообмена. Но и та часть энергии, которая расходуется на совершение работы, затем тоже вследствие трения и теплообмена рассеивается в окружающей среде, еще более повышая ее энтропию. Так, вся энергия бензина, превращающаяся в автомобильном двигателе в тепло, а затем в механическую энергию, в конечном итоге рассеивается в атмосфере в результате трения кузова о воздух и колес о воздух и землю.
      Поскольку все реальные процессы сопровождаются трением и теплообменом, энтропия всегда возрастает (конечно, в изолированных системах, не получающих энергии извне). Это навело некоторых ученых на мысль, что через какой-то, пусть весьма длительный, промежуток времени вся энергия, имеющаяся на Земле и в других частях Вселенной, превратится в тепло, а равномерное распределение последнего между всеми телами земной природы и Вселенной приведет к выравниванию температуры и полному прекращению каких бы то ни было превращений энергии — к «тепловой смерти Вселенной».
      Эта теория не учитывала, однако, бесконечности Вселенной, где процессы рассеяния и концентрации энергии должны чередоваться во времени и в пространстве — иначе как объяснить наличие запасов энергии на Земле и в Солнечной системе? Ведь и теперь на Земле протекает естественный процесс концентрации энергии и уменьше-
      ния энтропии — процесс фотосинтеза, при котором рассеянная энергия солнечных лучей превращается в концентрированную химическую энергию зеленой массы растений. В организмах же самых высокоупорядоченных на Земле систем — животных и человека — в процессе переваривания и усвоения пищи происходит дальнейшее уменьшение энтропии.
      Кроме того, австрийский физик Л. Больцман на основе молекулярно-кинетической теории доказал, что закон возрастания энтропии — рассеяния энергии — неприменим к Вселенной еще и потому, что он справедлив лишь для статистических систем, то есть систем, состоящих из большого числа хаотически движущихся частиц, поведение которых подчиняется законам теории вероятностей. Возрастание энтропии таких систем указывает лишь наиболее вероятное направление протекания процессов и не исключается — более того, с необходимостью предполагается — возможность маловероятных событий — флуктуаций, когда энтропия уменьшается.
      Таким образом, как сказал один физик, в гигантской фабрике естественных процессов закон возрастания энтропии выполняет роль директора, предписывающего вид и направление сделок, закон же сохранения энергии играет лишь роль бухгалтера, который сводит кредит и дебет.
      Как уже отмечалось выше, формирование и развитие понятий «энергия» и «энтропия» неотделимо от практики и теории энергетики, последняя же составляет сердцевину научно-технического прогресса, протекающего в тесной взаимосвязи с политическими, экономическими, философскими, религиозными, психологическими и другими общественными явлениями. История свидетельствует, что в одних случаях эти явления задерживают прогресс, иногда на столетия, в других — ускоряют его. Борьба нового и старого, науки и суеверий, истины и лжи, добра и зла заполняет всю историю человечества и не прекращается по сей день. Поэтому изучение любых сторон развития науки и техники в прошлом, настоящем и тем более прогнозирование их будущего не может быть полноценным без анализа и учета взаимосвязи с особенностями общественного развития в соответствующие периоды. Нельзя не учитывать при этом и роль героев — мыслителей и ученых, один из которых, Демокрит, так выразил их одержимость в поисках истины: «Я бы предпочел найти истинную причину хотя бы одного явления, чем стать королем Персии». Почти через 2400 лет Ленин подтвердил эти слова: «Без человеческих эмоций, — писал он, — не бывало, нет и быть не может человеческого искания ж тины».
      Только на этом фоне можно в полной мере проследить действительный процесс шествия Энергии и Энтропии по нашей планете. Этим мы и займемся дальше, помня, однако, что Царица мира и ее Тень были выведены из мрака неизвестности только ко второй половине XIX в. многовековыми трудами талантливейших мыслителей, естествоиспытателей и инженеров. До этого же они властвовали над природой и людьми невидимо, тайновыступая под самыми различными именами — Сил богов и душ, Действия, Деятельности, Момента, Импето (Импетуса), Работы, Количества движения, Монад, Живых и Мертвых Сил природы и др. — или вообще безымянно.
      Решающую роль в утверждении и дальнейшем развитии этих понятий сыграли труды К. Маркса, Ф. Энгельса и В. И. Ленина.
      Марксистско-ленинская философия определяет материю как объективную реальность, существующую независимо от нашего сознания и отражающуюся в нем. Это определение конкретизируется и дополняется естественнонаучными данными о строении и свойствах материи, познание которых означает познание самой материи. Материя неразрывно связана с движением, пространством и временем, способна к саморазвитию, бесконечна в количественном и качественном отношении.
      Имеется множество форм движения материи, которые изучаются различными науками, раскрывающими все новые ее свойства и особенности. Поэтому энергия как общая мера движения материи и энтропия как мера рассеяния энергии являются свойствами материи и не могут ни отождествляться с ней, ни отрываться от нее. На этой основе учение об энергии и энтропии развивается и в наши дни, успешно решая проблемы, возникающие в процессе научно-технической революции.
     
      ЦАРИЦА - НЕВИДИМКА
      Что бы ни сделал враг врагу или же ненавистник ненавистнику, ложно направленная мысль может сделать еще худшее.
      Дхаммапада, III. Глава о мысли (IV в. до н. э.)
      Явился в зеркале Вселенной человек!
      Земля возникла из хаоса, из случайно образовавшейся космической туманности, сгустка неравновесности — флуктуации в безбрежном океане космической материи. Ее возраст оценивают в 4,5 — 5 миллиардов лет. В течение 1,5 — 2 миллиардов лет формировалась земная кора — это период химической эволюции. Первые водоросли, бактерии и простейшие организмы появились 3 миллиарда лет назад; кораллы, губки, плеченогие, мшанки и иглокожие — 500 миллионов лет назад; папоротники и грибы — 350, насекомые — 300, рептилии (динозавры и др.) — 250, цветковые растения и птицы — 150, млекопитающие — 100 миллионов лет назад... И наконец
      ...стихийный вихрь событий
      Преобразил материки;
      Где бились грозные циклоны,
      Мысы подставили свои зубцы и склоны;
      Чудовищ диких род исчез; за веком век
      Слабел размах борьбы — ударов и падений, —
      И после тысяч лет безумия и тени
      Явился в зеркале Вселенной человек!
      Э. Верхарн
      Это произошло примерно около четырех миллионов лет назад... Но, конечно, не в один день. Процесс антропогенеза — возникновения и развития человека — занял сотни тысяч лет. И вся история, по Марксу, есть непрерывное изменение человеческой природы.
      С первых шагов по Земле человек вынужден был
      вступить в борьбу за существование с силами природы. Так, сила стала одним из первых представлений, а позже — и понятий, вошедших в его жизнь и начавшее пробуждаться сознание.
      Первые предки человека питались тем, что могли собрать. Постепенно они обрели вертикальное положение, а с ним и руки. Этими руками, еще совсем «голыми», человек совершил первое убийство — более слабого и менее ловкого зверька — и стал охотником. Затем, заострив камень и привязав его к палке, он изобрел топор, а через некоторое время — копье, смертоносное оружие, которым пользовался много тысяч лет.
      Долго не покорялась человеку всепожирающая сила огня. По некоторым преданиям, огонь был похищен у богов и спрятан в полых кусках деревьев и в камнях, поэтому его и можно было добывать трением этих предметов. «...Добывание огня трением, — писал Ф. Энгельс, — впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства».
      Поскольку вначале добывать и сохранять огонь было нелегко, появились первые его хранители, освобождавшиеся от других забот и дел. Стараясь возвыситься и упрочить свое выгодное положение, они стали постепенно «управлять» и другими «силами» и «представлять» помимо бога огня и других богов на Земле. Так появились жрецы — первые служители религий и идеологи...
      Первобытный человек знал об окружающей действительности ничтожно мало, восполняя незнание верой, не требующей доказательств. В систематической форме такая вера входит в любую религию. Главным объектом фантастических представлений как раз и были «источники» сил — боги, невидимые и вездесущие, которые считались столь же реальными, как теперь энергия бензина или урана. И видимый естественный мир казался человеку лишь ничтожной частью огромного невидимого сверхъестественного мира, «управление» которым осуществлялось с помощью жертвоприношений, ритуальных танцев и т. п.
      В «Анти-Дюринге» Ф. Энгельс писал, что всякая религия есть фантастическое отражение в головах людей внешних сил, господствующих над ними в их повседневной жизни, отражение, в котором земные силы принимают форму неземных. В начале историц объектами этого
      отражения были силы природы, которые в процессе эволюции проходили у разных народов через самые разнообразные олицетворения. Этот первоначальный процесс прослежен при помощи сравнительной мифологии. Но вскоре, наряду с силами природы, с той же кажущейся естественной необходимостью над человеком стали господствовать общественные силы — силы так же чуждые ему и первоначально гак же необъяснимые, как и силы природы. Фантастические образы, в которых отражались только таинственные силы природы, приобретают теперь и общественные атрибуты и становятся представителями исторических сил.
      С огнем, который использовался пока только для технологических целей, жизнь человека резко изменилась. Появилась возможность из зерен диких злаков печь хлеб. Вскоре была изобретена первая мельница — из двух каменных жерновов, один из которых вертели вручную. Наблюдая за действием огня, человек постепенно обнаружил, что можно превращать руды в металлы, и на смену веку каменному пришел век бронзовый, а затем — железный. Научившись выплавлять золото, человек попутно открыл стекло (как побочный продукт при сплавлении золотоносного песка с содой). В Древнем Китае, Египте, а позже и в Средиземноморье искусство обработки стекла достигло высокого уровня.
      Постепенно изобретались все новые и новые орудия, сначала для ловли диких зверей: гарпун, лассо, бола (ремни с грузами), накидная сеть, петля, набрасывавшаяся рукой, и другие. Наконец, наблюдения и практика привели человека к созданию самодействующих устройств, заменяющих в той или иной степени его самого, — машин. Все это позволило Б. Франклину определить человека как «животное, делающее орудия», а К. Марксу уточнить — «орудия труда с помощью орудий же».
      Как мы знаем, любая машина представляет собой, по существу, преобразователь энергии. Однако различают машины-двигатели, или энергетические машины, и машины-орудия, или станки.
      Немецкий этнограф Юлиус Липе (1895 — 1950) доказал, что первой машиной следует считать не водяную мельницу, как думали раньше, а самодействующую ловушку. По принципу действия ловушки можно разделить на четыре группы. В первой используется сила тяжести
      животных (ямы), во второй — сила тяжести предметов, убивающих животных (камни, деревья), в третьей — уп-ругостная сила отогнутой ветки, дерева (дуговые пружины), в четвертой — упругостная сила скрученных предметов. Пружинные приспособления использовались и для добывания огня, и для привода обрабатывающих машин, и... для казни рабов и военнопленных Машинные ловушки появились 10 — 20 тысяч лет назад. Значит, уже тогда люди имели представление о законах рычага и умели применять их.
      И только в IV в. начали строить водяные колеса, а в X — ветряные крылья, господствовавшие в энерготехнике наряду с мускулами вплоть до XVIII в., когда им на смену и в помощь пришла паровая машина. Но и в 1917 г. в России, например, работало 46 000 водяных колес, а их суммарная мощность достигала 40% всей установленной мощности в стране (за исключением железнодорожного и водного транспорта, где к этому времени уже утвердилась паровая машина, а позже — двигатели внутреннего сгорания).
      Примерно 10 тысяч лет назад началось взращивание злаков и приручение животных. Возникло первое крупное разделение труда. У земледельцев появились свои сверхъестественные силы и боги, у скотоводов — свои.
      Многие тысячелетия орудия для охоты, скотоводства и земледелия каждый человек делал сам для себя, но постепенно стали выделяться наиболее искусные, целиком посвящавшие себя этому занятию. Так на высшей ступени развития первобытнообщинного строя происходит второе крупное разделение труда — ремесло отделяется от земледелия.
      Чем больше распространялась власть человека над природой, тем больше утверждалась и его власть над себе подобными. Начавшийся товарообмен привел к накоплению богатств в руках одних и обнищанию других. Меньшинство завладело орудиями производства и стало распоряжаться жизнью и свободой большинства. Образовались классы рабовладельцев и рабов.
      У рабовладельцев появилось много свободного времени, которое можно было употребить на искусство и научные занятия, хотя в последних и не было практической потребности, ибо ничего не стоивший труд рабов не нуждался ни в облегчении, ни в повышении производительности. Один из крупнейших древнегреческих ученых Аристотель (384 — 322 до н. э.) писал: «Когда оказалось налицо почти все необходимое и также то, что служит для облегчения жизни и препровождения времени, тогда стало предметом поисков... разумное мышление... Но как свободный человек, — говорим мы, это — тот, который существует ради себя, а не ради другого, так ищем мы и науку, так как она одна только свободна... она одна существует ради самой себя».
      Итак, прожив на Земле много сотен тысяч лет, занимаясь охотой, обработкой земли, ремеслами, воюя, строя жилища, мосты, каналы, храмы, дворцы и гробницы своих владык, человек ни разу не притронулся к невозобновляемым источникам энергии, накопившимся в недрах Земли. Но это не помешало ему с помощью только химической энергии пищи, превращавшейся в организмах животных и рабов в механическую мускульную энергию — силу, и только таких орудий, как рычаг и наклонная плоскость, создать уникальные инженерные сооружения, вроде одного из «семи чудес света» — египетских пирамид, построенных 5000 лет назад всего за 20 лет. Самая крупная из них — Хеопса имеет высоту современного 50-этажного дома при длине 230 метров. Она сложена из 2,3 миллиона блоков, каждый весом в среднем 1,5 тонны (1,5 автомобиля «Жигули»), а самый тяжелый — 15 тонн! Щели между блоками не превышают 0,5 сантиметра, а длина сторон основания отличается всего на 2 сантиметра — 0,0009 процента! Грани пирамиды обращены точно на четыре стороны света.
      Давно забыты приемы, с помощью которых были воздвигнуты столь технически и эстетически совершенные сооружения. Одно лишь ясно — строительство их потребовало огромных затрат энергии... Не случайно некоторые специалисты в последнее время стали приписывать многие творения древних таланту и силе неких «космических Пришельцев».
     
      От сил богов к силам душ в каждом предмете
      Говорят, что первая ступень мудрости — разоблачение лжи и только вторая — познание истины. Не удивительно поэтому, что историд науки — это история самой
      беспбщадной борьбы. Дорога к истине пролегала через стихийно сложившиеся мистические верования и официально провозглашенные религиозные догмы, невежество одних и порочное тщеславие других, психологическую инерцию и заблуждения даже великих умов...
      Если человек в донаучный период считал, что он «знает все», то наука даже в младенчестве лишала одних «знаний», других — положения, третьих — власти.
      Накопление наблюдений и примет, на основе которых позже стали формироваться первые научные представления, начинается в доисторические времена. Уже несколько тысячелетий назад в восточных рабовладельческих монархиях Египта, Вавилонии, Ассирии, а также в Китае и Индии люди знали множество «секретов мудрецов», передававшихся от поколения к поколению сначала устно, а потом (с 4 — 5 тысячелетия до н. э.) через письмена и тесно переплетавшихся с фантастическими представлениями. Уже тогда были известны пять планет, их движение, ряд созвездий. Мудрецы умели определять периоды солнечных и лунных затмений, решать уравнения первой, второй, а иногда и третьей степени, определять площади фигур. Был изобретен календарь — год делился, как и теперь, на 12 месяцев, по 30 дней в каждом. Египетские жрецы имели немалые практические познания в химии и медицине, умели бальзамировать трупы.
      Однако, несмотря на обилие собранных фактов, подняться до их обобщения и приведения в причинно обусловленную систему, то есть до создания основ науки, в те времена не могли, ибо даже мысль о возможности естественных закономерностей в природе не допускалась. Всем и вся на свете правили и двигали боги, наделенные сверхъестественными «силами».
      И только греки в условиях демократии и свободомыслия, царивших в их рабовладельческих городах-государствах в VII — V вв. до н. э. (выборность администрации, свободное обсуждение любых политических вопросов, некоторая свобода языческих верований), сумели сделать первые шаги в выработке научных представлений о мире.
      В многообразных формах греческой философии, писал Ф. Энгельс, уже имеются в зародыше в процессе возникновения почти все позднейшие типы мировоззрений. Поэтому и теоретическое естествознание, если оно хочет проследить историю возникновения и развития своих теперешних общих положений, вынуждено возвращаться к грекам. Последуем этому пути и мы.
      Расцвет экономической жизни Греции начался в VI в. до н. э. на Малоазиатском побережье Средиземного мо-ря — в городах Милет, Эфес, Смирна, на островах Хиос и Самос, которые населяли греки ионийского племени. Города эти, большую часть которых составляли купцы и ремесленники, располагались вблизи центров культуры Востока. Здесь-то, а затем и в других местах, вокруг выдающихся мыслителей стали возникать философские школы. Усомнившись в существовании богов, но не испытывая пока потребности в практических приложениях своих изысканий и не умея еще правильно ставить эксперименты, греческие мудрецы, основываясь на «философских принципах», созерцании природы и практическом опыте, стали придумывать всеохватывающие учения о природе — «натурфилософские» системы мира. Самым слабым звеном этих систем было объяснение источников и сущности действующих сил... Но греки смело и решительно старались отделить природу от мистики и объяснить ее «реальными» духовными или материальными началами, носившими часто механистический или антропоморфный характер.
      Тем временем в Афинах победил демократический строй, а в Спарте — аристократы. В 449 г. до н. э. греческие города-государства выиграли войну за независимость с Персией и вступили в пору своего наивысшего расцвета.
      Однако в 431 г. до н. э. между Афинами и Спартой началась Пелопоннесская война, закончившаяся через 25 лет победой Спарты, а в 379 г. до н. э. Афины были разграблены римлянами.
      С середины IV в. до н. э. выдвинулась Македония. Ее царь Александр, окончательно разгромив персов, создал империю протяженностью от Балканского полуострова до Индии. Но после его смерти в 323 г. империя распалась на несколько эллинистических монархий, просуществовавших до нашествия римских легионов в 30 г. до н. э. Одна из них — царей Птолемеев в Египте с крупнейшим экономическим и культурным центром Александрией (основанным Александром Македонским) — стала новым средоточием развития науки древности (III — I вв. до н. э.). Этот период получил название «эллинистического» или «александрийского».
      Самыми популярными греческими натурфилософскими школами в VII — VI вв. до н. э. были ионийская, пифагорейская и элеатская.
      Ионийцы были стихийными материалистами и положили начало представлению о мире как о едином целом в котором все явления — астрономические, физико-химические и биологические — вытекают из единого начала. При этом в основе каждой из разрабатывавшихся систем мира лежало одно «перв-овещество» — земля, вода, воздух, огонь или некая особая «первоматерия», — из которого под влиянием «воздействий» — тепла, холода, сухости и влажности — развивалось все. Исследовав возможные сочетания этих элементов, мы получим, ни разу не поперхнувшись архивной пылью, все натурфилософские системы того времени и даже некоторые упущенные.
      У Фалеса Милетского (624 — 547 до н. э.) «началом всех начал» была вода, у его преемника Анаксимандра (610 — 546 до н. э.) — некая первоматерия апейрон (безграничный), у Анаксимена (588 — 525 до н. э.) — воздух, у Гераклита Эфесского (530 — 470 до н. э.) — огонь. В основе всех учений лежит идея развития мира, которая, например у Анаксимандра, приобретает такую конкретную форму: из влажного начала образуется вода, в ней появляются рыбы, а затем по мере «высыхания» образуется мир и другие существа — человек произошел от рыбы и вышел из воды на сушу. Основоположник диалектики Гераклит говорил: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим». «Очень хорошее изложение начал диалектического материализма», — писал В. И. Ленин об этом.
      Примерно в то же время в городке Кротоне на берегу живописного Тарентского залива работала другая знаменитая школа — Пифагора Самосского (ок. 570 — ок. 500 до н. э.), бывшего ученика ионийской школы, перешедшего на позиции идеализма. Пифагорейцы искали сущность окружавших их предметов и явлений в числах. Свойство одних чисел — справедливость, других — душа, третьих — ум, четвертых — удача и т. п. Но «нет худа без добра» — занявшись цифрами и измерениями, пифагорейцы обратили внимание на существование количественных зависимостей в мире.
      В дальнейшем идеалистическое направление было продолжено и развито Сократом (469 — 399 до н. э.) и его учеником Платоном (427 — 347 до н. э.). Сократ считал физическую природу вещей непознаваемой. Отсюда его формула «познай самого себя» и научись искусно жить — в этом твоя цель, если уж ты появился на свет. Заметим, что даже для себя он не смог использовать этот рецепт, — был приговорен к смертной казни и умер, выпив яд цукуту. Диалектика Сократа в отличие от материалистической диалектики Гераклита есть искусство достижения истины путем раскрытия противоречий в суждениях противника. Платон стал основателем объективного идеализма. Он учил, что мир вечных и неизменных идей образует истинное бытие, а мир изменчивых И преходящих вещей есть лишь тень мира идей...
      Третья получившая широкую известность школа возникла в греческой колонии Элеи в Южной Италии в конце VI в. до н. э. Ее представители Ксенофан (6 — 5 вв. до н. э.), Парменид (р. ок. 540 до н. э.), Зенон (ок. 490 — 430 до н. э.), Мелисс выступали против ионийского учения о развитии и движении, указывая на противоречивость движения, пространства и времени (особенно апории Зенона) и делая из этого вывод о том, что не существует движения и множественности вещей, что бытие едино, непрерывно, неподвижно и неизменно.
      Элеаты оказали влияние на так называемых младших натурфилософов-атомистов: Анаксагора (ок. 500 — 428 до н. э.), Эмпедокла (483 — 423 до н. э.), Левкиппа (ок. 500 — 440 до н. э.), Демокрита (ок. 460 — 370 до н. э.), Эпикура (341 — 270 до н. э.), принимавших в отличие от ионийской школы неизменность первоначального вещества, а в отличие от элейской — множественность вещей. Так, Эмпедокл (как и позже Аристотель) видел основу мира не в одном веществе, а сразу в четырех — земле, воде, воздухе и огне, из различных сочетаний которых образуется все.
      Атомистическая гипотеза наилучшим образом была разработана в учении Демокрита Абдерского и его учителя и друга Левкиппа. Демокрит отверг утверждение Анаксагора о бесконечной делимости частиц и объявил, что пределом делимости является неделимая (по-гречески «атомос») частица — атом. Элементы различаются видами атомов — их формой и весом. Каждый элемент состоит из атомов одного вида, а соединения — из соединений атомов этих элементов (почти современные пред-
      ставления!). Все вокруг состоит из пустого пространства и бесконечного числа атомов. Из ничего не может произойти ничего, и ничто существующее не может бесследно исчезнуть (это уже почти законы сохранения вещества и энергии!). Все атомы, по Демокриту, находятся в непрерывном движении — падении через бесконечное пространство. При этом крупные атомы падают быстрее мелких, наталкиваются на них и порождают боковые движения, или вихри, с помощью которых атомы объединяются в тела. Вихри лежат в основе образования Вселенной.
      Эпикур и древние стоики Зенон из Китиона, Хрисипп и другие продолжили учение Демокрита и Левкиппа. Эпикур отрицал вмешательство богов в дела мира и видел цель философии в счастье человека, для достижения которого он считал необходимым познание природы, чтобы освободиться от страха перед богами и смертью.
      Ярким популяризатором учения древних материалистов-атомистов был римский философ и поэт Тит Лукреций Кар (ок. 99 — 55 до н. э.), изложивший его в поэме «О природе вещей».
      Таковы кратко положения учений древнегреческих мыслителей о строении материи. Сложнее обстояло дело с объяснением причин ее движения — естественной природой сил. О понятиях же «работа», «энергия» и «энтропия» даже намек найти трудно.
      Несмотря на то что учения ионийцев пронизывает идея развития, эволюции, движения мира, они ничего не говорят о материальных источниках этих процессов — источниках движения.
      У Фалеса мир полон богов и демонов, движущих всем. Правда, у него появляются и независимые движущие начала — «души». Движение могут вызывать только «одушевленные» предметы. Поэтому и магнит — «геркулесов камень» — имеет душу, в которой и сосредоточена его сила.
      У Анаксимандра причиной возникновения и разрушения вещей является борьба противоположностей, которой, как и всем в мире, управляет неопределенная «пер-воматерия» — апейрон...
      И только у Гераклита появляется материальный источник движения — огонь, то есть на современном языке — тепловая энергия, тепло. И движение у него объясняется стадиями развития огня. «Все обменивается на огонь и огонь на все, как на золото товары, на товары золото». Ему, основателю диалектики, принадлежат знаменитые слова: «Все течет, все изменяется» и «никто не может дважды войти в одну и ту же реку».
      Анаксагор движущим началом, силой считал «нус» — дух, разум, который сам «мельчайшее из всех вещей и чистейшее», но допускал, что простейшие движения могут осуществляться внутренними силами самой материи.
      Эмпедокл разделил единственную вседвижущую силу — «нус» на две: силу любви (притяжения) и силу вражды (отталкивания). Это соответствовало тому пониманию любви, которое существовало тогда у греков. Герои древнегреческих драм Эсхила, Софокла, Еврипида и других одновременно неистово любят и неистово ненавидят одного и того же человека.
      Демокрит с Левкиппом отвергали любые силы, лежащие вне атомов. Атомы же двигались у них под действием собственных «сил» — некоей прародительницы атомной энергии.
      У идеалистов всем правят и движут как будто бы «идеи», «дух», но и они приближаются к материалистическим понятиям. Так, например, Платон, пытаясь создать в противовес механистической системе жизни и мира Демокрита и Левкиппа свою — «математическую», определяет характер всего существующего как способность действовать. Через 2100 лет Лейбниц скажет: «Действительно лишь то, что действует», а Оствальд в 1895 г. напишет еще точнее: «Наши органы чувств реагируют лишь на разницу энергий между ними и окружающей средой».
      Таким образом, древние мыслители в той или иной степени подошли к законам сохранения вещества и «силы» (энергии), ввели представление о строгих причинных связях в природе, заложили основы диалектики и теории познания (движения от чувственного восприятия через мышление к открытию причинных связей). В атомизме древних содержалась основа механистического мировоззрения, развившегося в XVII — XIX вв.
      Важную роль в формировании «земных» понятий «энергия» и «энтропия» сыграли представления о строении Вселенной, без которых не обходилась ни одна натурфилософская система. Платон даже создал учение о «параллельности» всего происходящего в космосе и на Земле: положение и ход планет определяют как судьбы отдельных людей, так и все события на Земле. Например,
      течение крови в организме человека подобно обращению небесных светил и является круговым процессом; металлы находятся в некоторой связи с определенными планетами и т. п.
      По Фалесу, Земля еще плавает в воде как дерево. Анаксимандр придает ей форму низкого цилиндра и помещает в центре Вселенной, где ее опоясывают три огненных кольца — солнечное, лунное и звездное.
      Пифагорейцы, поскольку шар «самая совершенная» геометрическая фигура, объявили Землю шаром, вращающимся вокруг Центрального Огня вместе с Солнцем, Луной, Противоземлей и другими планетами. Без «Противоземли» число мировых сфер — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Солнце, Луна, звезды, Земля — не достигало «совершенного числа» десять, а также затрудняло объяснение затмений...
      Вскоре, однако, Гераклит и пифагореец Экфант сделали Землю центром Вселенной, а вращение сфер объяснили вращением Земли вокруг своей оси. Анаксагор делает шаг назад — у него Земля уже не движется, а покоится в центре Вселенной. Солнце, планеты, звезды — раскаленные массы, удерживаемые от падения только вращением небосвода. Аристотель потом ловко перемешает эти учения, поместив Землю-шар тоже в центре Вселенной.
      И уже тогда была предложена, первая и последняя до Коперника, гелиоцентрическая система мира, по которой в центре Вселенной располагалось Солнце, а вокруг него двигались планеты и звезды; Земля делала один оборот вокруг Солнца за год и один суточный оборот вокруг своей оси. Замечательно, что к этой системе ее автор Аристарх Самосский (ок. 320 — 250 до н. э.) — астроном, пифагореец, работавший некоторое время в Александрии, — пришел не случайно, а в результате вычислений расстояний от Земли до Солнца и Луны и размеров этих небесных тел (сказалась школа Пифагора!). Однако никто эту систему не признавал, и Копернику пришлось ее снова открывать через 1800 лет, а Бруно и Галилею вести отчаянную борьбу за ее утверждение в тяжелые времена инквизиции и схоластики.
      Заметим в заключение, что «свободная» языческая религия и рабовладельческая демократия тоже не прощали упорства в отстаивании научных взглядов, придавая им ту или иную политическую окраску. Так, смерт-
      ный приговор «за безбожие» был вынесен Анаксагору; немалых трудов стоило архистратегу — правителю Афин Периклу, ученику Анаксагора, заменить учителю казнь ссылкой. Пифагор, по одним преданиям, был убит в политической схватке, по другим — бежал в Метапункт и там в храме Муз уморил себя голодом. Сократа казнили за то, что его учение было признано опасным для афинской демократии. Когда же к власти в Афинах пришла аристократия и снова боги выступили как творцы существующего порядка, были признаны ложными, смешными и еретическими учения Гераклита, Демокрита и других материалистов; многих судили, а Демокрит, Аристарх Самосский (позже) и другие избежали трагической участи, покинув родные места. Эмпедокл, как пишет Гораций, бросился в пылающее жерло вулкана Этны, чтобы прослыть божеством... И даже великий Аристотель — учитель великого Александра Македонского, получив стандартное обвинение в «оскорблении богов», под угрозой смерти бежал из Афин и закончил жизнь в изгнании, цокинутый и забытый всеми...
     
      Энергия и ...прогулки, затянувшиеся на 2000 лет
      Впервые слово «энергия» появляется как будто бы в трудах Аристотеля. Однако его сочинения так часто переписывались, переводились, пересказывались и комментировались, что уверенно утверждать авторство Аристотеля нельзя. Тем более что ни ясного определения, ни математического выражения, ни широкого применения это понятие у него не имело, а представляло лишь некие «активное», «деятельное» начало.
      В то бедное техникой время чаще всего приходилось иметь дело с силой тяжести и силой трения, которые зависели от веса тел. Одним из колоритных образцов этой техники были подъемные машины в театрах для опускания на сцену богов (отсюда «бог из машины» — искусственный бог). Боги в виде людей или макетов появлялись в конце спектаклей и разрешали конфликты.
      При опускании и подъеме грузов имело значение время, а следовательно, и скорость. Поэтому у Аристотеля величина «действия» или «действующей силы» F пропорциональна весу движимого тела Р, пути, на который оно передвинуто (...)
      Теперь эта величина называется мощностью, но и тогда эта «сила», по-гречески dynamis, переводилась на латынь как potentia, с латыни на французский язык как puissance, а с французского на русский как мощность. Отсюда и «лошадиная сила» — единица мощности.
      Но дело в конце концов не в словах. Пусть бы эта величина называлась силой, а не мощностью, изменить терминологию несложно. Дело в том, что аристотелево определение силы стало источником многих ошибочных выводов. Так, если сила равна нулю, то и скорость будет нулевой. Но это противоречит очевидному факту: вылущенная из лука стрела продолжает лететь, хотя сила тетивы на нее уже не действует. То же можно сказать и о камне, выпущенном катапультой.
      Это очевидное несоответствие Аристотель обходит так: стрелу несет воздух, приведенный в движение спущенной тетивой, а камень толкается воздухом, заполняющим пустоту, образующуюся за ним. Для подкрепления этой аргументации выдвигается принцип «природа боится пустоты».
      Из того же определения «силы» получается, что тела большего веса должны падать на Землю с большей скоростью. Надежно доказать ошибочность этого положения удалось только через 2000 лет Галилею.
      Однако еще при жизци Аристотеля многие понимали ощибочность толкования им «силы», во времена же эллинизма оно было заменено другим, близким к понятию «работа» (или более позднему — «живая сила», о котором речь дальше). Из аристотелевой формулы новое определение получается, если зачеркнуть в знаменателе время F=f(Pl). Движение же тела многие объясняли сообщением ему в момент трогания с места «движущей силы»; когда эта «сила» израсходуется, движение превратится.
      Несмотря на это и множество других ошибочных, а иногда и просто нелепых положений, учение Аристотеля, пережив периоды некоторого забвения и почти тотального распространения, господствовало в умах людей 2000 дет! Этот поразительный факт заставляет нас ближе познакомиться с основами этого учения, относящимися к нашей теме, а также с личностью его творца — сына своей эпохи, активного участника далеких событий.
      Современники, а за ними и историки свидетельствуют, что Аристотель имел тощие ноги, маленькие глазки, шепелявил и выделялся своими нарядами, кольцами и прическами. Речи его были насыщены сарказмом, и, по словам Ф. Бэкона, он, «подобно восточным деспотам, душил своих противников». Родился Аристотель в городе Стаги-ре (отсюда прозвище «Стагирит») на севере Греции в семье врача, ставшего вскоре придворным лекарем македонского царя Аминта. После смерти отца, оставившего значительное состояние, семнадцатилетний Аристотель отправился в школу Платона в Афины, где провел 20 лет — до смерти учителя. Это, впрочем, не помешало ему позже провозгласить: «Платон мне друг, но истина дороже!»
      Царь Македонии Филипп II поручил Аристотелю воспитание сына Александра, который впоследствии говорил: «Я чту Аристотеля наравне с моим отцом потому, что если отцу я обязан жизнью, то Аристотелю — всем тем, что дает ей цену». Правда, после вступления на престол в 336 г. до н. э. Александру, видимо, стало не до Аристотеля... Через три года он двинул свои армии в первый поход против персов, и Аристотель вернулся в Афины. Здесь, вблизи Афин, в Ликейоне, он создает школу (отсюда в России и других странах появились позже «ли-кеи», превратившиеся затем в «лицеи»), ставшую крупнейшим просветительским центром, который просуществовал около 800 лет! Учеников этой школы, а в дальнейшем и всех последователей, толкователей и комментаторов Аристотеля называли «перипатетиками», что по-гречески означало «прогуливающиеся», поскольку Аристотель любил вести занятия и споры, прогуливаясь по аллеям Ликейонского парка.
      Аристотель написал 28 книг: «Физика» (8 книг), «Метафизика», «Категории», «Этика», «О душе», «Афинская полития», «Аналитика», «Поэтика», «О возникновении животных», «Органон» (логика), «Проблемы механики» (этот труд, по последним данным, написан одним из его учеников в III в. до н. э.) и другие, положив тем самым начало разделению наук и не оставив без объяснения ни одного вопроса ни в одной области.
      Он учил своего сына во всем придерживаться золотой середины, поэтов — не копировать жизнь, а «организовывать» ее, мыслителей — системе логики, ученых — методологии науки (для каждой науки свои постулаты, аксиомы и т. д.). Имея 28 книг Аристотеля, человек освобождался от необходимости самостоятельно думать, а нуждался лишь во времени для их зазубривания. Однако из-за объема трудов, запутанности и ошибочности многих положений на это не хватало целой жизни. Поэтому и появилось так много пересказчиков и комментаторов Аристотеля...
      Хотя в сочинениях Стагирита объединены учения многих натурфилософов, в них нет рациональных «зерен», равных по масштабу диалектике Гераклита, атомизму Демокрита, гелиоцентрической системе Аристарха Самосского и т. д. Более того, эти зерна были им начисто вытравлены. Поэтому столь длительную популярность учения Аристотеля можно объяснить только уникально сложившимися историческими условиями, когда жизнь людей была целиком заполнена религиозными и политическими страстями да борьбой за существование или обогащение.
      К тому же обилие наблюдений природы, внешне логическое изложение материала, всеохватываемость рас-суждений, в которых идеализм переплетался с материализмом, восхищали инертное большинство ученых-догматиков, и они яростно защищали Аристотеля от выпадов мыслящих одиночек, особенно после канонизации его учения церковью в XIII в.
      Аристотель считал, что только опыт и наблюдение снабжают нас материалом, из которого могут быть выведены общие принципы; логика лишь инструмент, придающий науке форму. Цель естествознания состоит в объяснении того, что верно наблюдено нашими органами чувств. Однако из-за низкого уровня науки и техники того времени эксперимент сводился к простейшему повседневному опыту, наблюдение — к результатам прямых ощущений, а объяснение — к «здравомыслящим» или теологическим рассуждениям. Количественные характеристики почти не применялись; техника измерений находилась в зачаточном состоянии. В результате эти великие истины выродились в голословную декларацию, потонувшую в потоках умозрительных разглагольствований, и их пришлось заново открывать и отстаивать в XVII в. Гильберту, Галилею, Ф. Бэкону и другим.
      Аристотель ополчился на идеализм своего учителя Платона, но именно в объяснении природы сил и движений остался, как мы увидим дальше, на позициях идеалистов и мистиков.
      В основе всего сущего у него, как и у Эмпедокла, лежат земля, вода, воздух и огонь. Однако эти начала сами образуются из одного основного вещества — первомате-рии путем воздействия на него сухости или влажности, тепла или холода. Так, под действием тепла из воды получается воздух, при охлаждении же из воздуха выпадает туман; земля и камни образуются, если высушивать воду.
      Основное вещество пассивно, и для возникновения конкретной вещи его надо соединять с активным началом — формой, которая превращает возможность в действительность. Этот процесс тоже есть движение.
      Началам свойственно стремление к «своим местам». Поэтому в центре Вселенной находится самое тяжелое начало — земля, над нею — вода, затем — воздух и, наконец, самое легкое — огонь. Эта «теория» завела механику жидкостей в тупик, ибо получалось, что вода не может оказывать давление на землю, а воздух — на воду и на землю.
      Широко толкуя движение, Аристотель различает в нем пять начал: двигающее, движимое, направление, исходную точку и цель. Цель определяет вид движения: возникновение, разрушение, рост, уменьшение, качественное изменение и перемещение. Последнее бывает тягой, толчком, вращением или перемещением.
      Как и его предшественники, Аристотель учит, что существующая «первоматерия» не может быть ни увеличена, ни уменьшена — материя не возникает снова, но и не исчезает, она лишь способна к изменениям. Поэтому никакой род движения не способен производить материю; тем более что и существующее в природе движение не может ни возникать, ни пропадать — оно бессмертно. Таким образом, задолго до Декарта (1620), Ломоносова (1750), Лавуазье (1770) и Майера (1842) Аристотель, хотя и умозрительно, априорно, но выдвинул принцип вечности материи и движения (энергии).
      «Естественные» движения происходят сами собой, когда тела стремятся к «своим местам», на Земле к ним относятся только движения тяжелых тел вниз и легких вверх; круговые движения небесных тед тоже естественны, они совершенны и вечны. Для обоснования последнего положения Аристотель придумал пятое начало — эфир, из которого состоит небо и которому так же свойственно круговое движение, как земным телам — прямолинейное. Все остальные движения «насильственные», они вызываются толчком или давлением и прекращаются, когда исчезает вызвавшая их причина — сила.
      Движение небесных тел осуществляется неким Пер-водвигателем — Душой Вселенной (позже ее место занял христианский бог). В противоположность Земле, где все меняется, в небе все неизменно и совершенно. Поскольку Земля состоит из самого тяжелого начала, она не может двигаться и покоится в центре Вселенной. Шарообразность ее естественна, так как все тела стремятся к ее центру как средоточию Вселенной. Вокруг Земли расположены сферы небесных светил: ближайшая — Луны и самая удаленная — неподвижных звезд. Сферы вращаются вокруг Земли вместе с закрепленными на них светилами. Небо и сфера неподвижных звезд, которая по природе своей движется равномерно и вечно, состоят из чистого эфира. Движению же планет не хватает строгой правильности, поскольку их вещество смешано с земными частями. Тепло и свет, исходящие от небесных тел, возникают от трения их о воздух, но поскольку тела вращаются вместе со сферами, то раскаляются не они, а воздух и притом сильнее всего в том месте, где находится Солнце...
      Несмотря на внешнюю логичность, эта «космогоническая система» была одной из самых отсталых даже для эпохи Аристотеля.
      Итак, тело, способное совершать лишь насильственное движение, без действия силы покоится. По существу это есть первая половина закона инерции, вторая же — «или сохраняет равномерное прямолинейное движение» — будет окончательно установлена только Ньютоном после трудов таких выдающихся мыслителей, как Леонардо да Винчи, Галилей, Декарт, Гюйгенс, и других.
      Сила, по Аристотелю, необходима не только для возникновения и поддержания движения тела, но и для изменения его скорости. Однако ее величина пропорциональна не быстроте изменения скорости — ускорению (как покажет Ньютон), а величине скорости... В сочине-
      нйи же «О небе» Аристотель в качестве меры «силы» дает произведение «тяжести на скорость» и указывает, что тела, у которых эти произведения равны, обнаруживают равное действие. Таким образом, уже у Аристотеля появляется намек и на вторую (после энергии) меру движения — количество движения, или импульс, хотя он считает их «мерой силы».
      Не прошел Аристотель (или кто-то из его учеников, которым приписывается авторство трактата «Механические проблемы») мимо проблемы о различии действия давления и удара, вокруг которой развернутся споры в XVII — XVIII в. Однако определенного ответа на этот вопрос он дать не сумел.
      В указанном трактате, вероятно впервые, вводится термин «механика», что по-гречески буквально значит «хитрость», а в переносном смысле — свод приемов, мастерство, позволяющее преодолевать естественный ход вещей в природе на пользу людям.
      В результате рычаг выдвигается как основа механических устройств: весов, весел, рулей, мачт с парусами, клина, пращи, зубоврачебных щипцов и щипцов для раскалывания орехов и т. д. При этом статические задачи рассматриваются как бы с динамических позиций. Так, сравнивается движение равноплечего и неравноплечего рычагов вокруг точки опоры. При этом отмечается, что у последнего длинное плечо описывает дугу большого круга, а короткое — малого. Отсюда делается вывод: поскольку большее плечо делает большее движение, им можно поднять больший груз.
      Таковы воззрения Аристотеля и его учеников в области механики. Несмотря на ошибочность многих из них, мы видим, как уже в те далекие времена, пусть в зародыше, но возникают основные понятия, положения, вопросы и проблемы, над которыми через 2000 лет придется снова работать, чтобы довести механику до современного состояния. К ним относятся понятия скорости, силы, работы, двух мер движения — количества движения и энергии, принцип инерции (покоя), закон сохранения «сил».
      Для нашей темы представляет также интерес определение Аристотелем теплоты. Древние атомисты считали теплоту субстанцией (так же как и звук, магнетизм, цвет), у Аристотеля же теплота — движение частиц. С другой стороны, будучи основным свойством огня, она
      присуща всем телам. Поэтому он различает два рода тепла — собственное и постороннее.
      Как уже говорилось выше, закончил Аристотель свою жизнь трагически. Спасаясь от приговора антимакедон-ской партии — «смерть за оскорбление богов», — он бежал из Афин, дабы «избавить сограждан от вторичного (после казни Сократа. — Г. А.) преступления против философии». Самоизгнанник поселился в Халкиде на острове Эвбее, где вскоре и умер на 63 году. Труды его сохранялись некоторое время в пещере около дома, а потом были переданы в Александрийский музей. Правда, подлинные его рукописи туда не попали, а были позже привезены Суллой в Рим и размножены в 70 г. до н. э.
      Любопытно, как бы развивалась наука в последующие 2000 лет, если бы его сочинения погибли? Ведь «поповщина убила в Аристотеле живое и увековечила мертвое» (В. И. Ленин). И в течение многих столетий людям пришлось страдать под этим духовным игом, навязанным церковью всему христианскому миру, а трезвым мыслителям — отчаянно бороться против него, растрачивая понапрасну силы и не достигая ничего. С другой стороны, и основной внешний двигатель науки — производство все это время тоже топталось на месте, довольствуясь источниками энергии и другими производительными силами, которые существенно не менялись тысячелетия. Следовательно, и без Аристотеля в сложившихся исторически условиях жизни общества наука, не имея стимулов для развития, вряд ли сделала бы заметные шаги вперед.
     
      «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю!»
      После развала греческой империи Александра Македонского на историческую арену вышел Рим. В результате трех Пунических войн (264 — 146 гг. до н. э. с перерывами) с торгово-промышленным Карфагеном, использовавшим наемников, под власть земледельческого Рима с хорошо организованной армией подпали почти все страны Средиземноморья — образовалась Римская империя.
      Усложнилась экономическая и политическая жизнь. Давно копившееся недовольство рабов прорвалось в 73 — 71 г. до н. э. крупнейшим восстанием под руководством Спартака. Совершенствуется военная техника: стенобитные машины, катапульты, баллисты, стрелометы и т. д.
      Спартанский полководец назвал их «могилой солдатской доблести». В войсках появляются инженерные службы, возникает техническая литература.
      Естественно, что в этих условиях происходит дальнейшее накопление знаний и делаются попытки обобщения их, но уже не в форме всеобъемлющих натурфилософских систем, а по отдельным наукам. Происходит также отделение естественных наук от философии, которая в этот период приходит в упадок, за исключением атеистической философии Эпикура и Лукреция.
      Заметим, кстати,- что уже Эпикур — почти современник Аристотеля — отрицал его принцип «природа боится пустоты». Пересказывая Эпикура, Лукреций пишет: «Составляют природу две вещи: это, во-первых, тела, во-вторых же, пустое пространство. Действовать иль подвергаться воздействию тело лишь может, быть же вместилещем тел может только пустое пространство». Отсюда Эпикур приходит к важнейшему антиаристотелевскому выводу: все тела в пустоте должны двигаться с одинаковой скоростью, так как «ничто не сталкивается с ними».
      В этот период становится все более модным увлечение формализмом, логическими математическими построениями, а деятельность, связанная с практическими задачами, презирается. Поскольку практика, низкий уровень техники не выдвигали научных проблем, а возможности умозрительного построения систем мира были исчерпаны, взоры мыслителей стали чаще обращаться к небу, где все было загадкой и вместе с тем легко поддавалось математической обработке без знания физического смысла. Так земная физика и механика стали еще активнее, чем у древних греков, «переноситься на небо». В Александрии работал упоминавшийся выше первый творец гелиоцентрической системы Аристарх Самосский. Немало важных астрономических наблюдений было сделано директором МузеяЭратосфеном (по преданию, рано уморившим себя голодом из-за внезапно наступившей слепоты) и особенно Гиппархом, составившим каталог 1022 звезд, непревзойденный до Тихо Браге (XVI в.).
      Именно по сочинениям Гиппарха, применявшего для своих астрономических исследований распространенные в то время представления механики, было установлено, что аристотелево объяснение движения тел тогда уже Храм Муз — крупнейший научный центр эллинизма.
      многими не признавалось. Считалось, что не воздух, а некое активное начало — «двигатель» сообщает вылетающему камню «силу», которая поддерживает его движение, пока не израсходуется.
      Александрийские астрономы, обнаружив множество несоответствий в системе мира Аристотеля, вместо того чтобы отказаться от нее, стали вносить поправки и усовершенствования. Особенно в этом преуспел Клавдий Птолемей (II в.), создавший законченную геоцентрическую систему мира, изложенную в 13-томном «Общем обзоре», который позже арабы почтительно назвали «Ал-гаместом» — «Великим построением». Понадобилось более 1400 лет, чтобы разрушить это «построение» и привести теорию в соответствие с действительностью. Удивительно, что сам Птолемей не раз указывал на возможность движения Земли и объяснял ее неподвижность в своей системе желанием дать описание звездного неба, каким оно кажется с Земли. За такую оговорку в средние века он мог бы поплатиться жизнью...
      Нельзя не упомянуть здесь и о выдающемся математике древности, тоже александрийце, Евклиде (V — IV вв. до н. э.), труды которого сыграли огромную роль в развитии методологии науки, а значит, и в формировании ее понятий, включая и такие, как сила, работа, энергия, импульс и т. п. В своих «Началах» он не только обобщил все, что было сделано до него в области математики, не только разработал систему элементарной геометрии, изучаемую и ныне, но и впервые создал тщательно обоснованную систему дедуктивных рассуждений — от общего к частному, которой потом следовали крупнейшее математики, механики, физики и даже философы. Дедуктивное построение наук и теперь считается наилучшим, поскольку наиболее полно и ясно раскрывает логику, содержание и возможности каждой науки.
      «Начала» Евклида оказали сильное влияние и на великого Архимеда (287 — 212 до н. э.) — ученого из города Сиракузы, о котором один из консулов Рима — оратор, юрист, писатель, учитель Юлия Цезаря — Цицерон сказал, что «его гениальность несовместима с человеческой природой». Получив хорошую подготовку дома у отца, занимавшегося астрономией и бывшего в родстве с царем Гиероном (правившим Сиракузами с 269 по 215 г. до н. э.), Архимед отправился учиться в Александрию. Там он быстро приобрел такую популярность, что его стали называть «альфой», то есть первым, удостоив директора Музея Эратосфена лишь звания «беты» — второго.
      В отличие от многих ученых того времени Архимед сознательно строил свои исследования на основе сочетания опыта, наблюдения, дедуктивной логики и евклидовой математики. По этой методике им созданы научные теории: равновесия рычага и вообще твердых тел, плавания тел и т. д., изложенные в сочинениях «О равновесии плоских тел, или о центре тяжести плоских тел», «О плавающих телах» и других, дошедших до нас. Понятие «центр тяжести» введено Архимедом и им же разработана методика определения центров тяжести плоских фигур.
      Ход рассуждений у Архимеда так же строг и логичен, как и у Евклида. Сначала он формулирует ряд постулатов или аксиом, а затем, часто прибегая к геометрическим методам, доказывает теоремы.
      Так, в основу теории равновесия он кладет семь постулатов, часть из которых использует для вывода закона рычага. Доказав несколько вспомогательных теорем, Архимед доказывает основную — закон рычага для соизмеримых грузов: «Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах, которые обратно пропорциональны тяжестям».
      Восклицание Архимеда «Эврика!» («нашел!»), додумавшегося, сидя в ванной, до того, как проверить честность мастера, отлившего царю золотую (ли?) корону, стало крылатым. Но эта мысль послужила основой для дедуктивных рассуждений, приведших его к открытию знаменитого закона гидростатики: тела более легкие, чем жидкость, выталкиваются из нее с силой, равной превышению веса жидкости, взятой в объеме этих тел, над весом самих тел; а тела более тяжелые, чем жидкость, опускаются на дно сосуда, теряя в весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме этих тел.
      Как мы помним, у Аристотеля «сила» выражалась произведением веса тела на скорость его движения — можно сказать, «динамически». Архимед же строил свои машины на основе принципа рычага, который он вывел теоретически, исходя из теории равновесия — статики. Отсюда и «сила» у него равна произведению веса тела на пройденный им путь, что в наше время означает
      работу. Таким образом, если у Аристотеля толкование «-силы» (точно — мощность) ближе к понятию «энергия», то у Архимеда — к понятию «собственно силы».
      Блестяще развив на основе принципа рычага теорию умножения сил — главную проблему того времени, — он реализовал ее почти в 40 изобретениях: полиспасте, водоподъемном винте, военных машинах и т. д.
      Слова, вынесенные в заголовок этого рассказа, он будто бы произнес, когда сумел один с помощью сложной системы простых механизмов спустить на воду корабль — триеру, чего не смогли сделать силой мышц 300 человек.
      Более того, он изобрел и построил знаменитую «Сферу» — механический планетарий, воспроизводивший движение небесных тел и даже затмение Солнца Луной. Цицерон, увидев «Сферу» через 150 лет, был настолько восхищен, что дал ее описание в ...философско-политическом труде «О государстве»! Предполагается, что она приводилась в движение пневматическим или паровым двигателем.
      Сенсационный успех имели построенные Архимедом на основе научных изысканий приспособления и машины, использованные во время обороны Сиракуз от римлян в 215 г. до н. э. С их помощью жители обрушивали на врага со стен города град камней и стрел, не подпускали стенобитные машины и опрокидывали парусники и галеры. Римские солдаты обращались в бегство, завидев на стене бревно или веревку. В результате осада продолжалась 8 месяцев! Древний историк Полибий пишет: « так велика была сила одного человека, так велико действие его гения! При тех значительных силах, которые осаждали город с суши и с моря, он должен был попасть в руки римлян при первом же нападении, не будь в Сиракузах этого старца».
      Хотя легенда о сожжении Архимедом римских кораблей с помощью зажигательных зеркал подвергается сомнению, эксперименты 1973 г. подтвердили в принципе такую возможность.
      Погиб Архимед, как и жил: погруженный в решение очередной задачи, он отказался следовать за римским солдатом, посланным главнокомандующим Мерцеллом, и солдат вонзил ему в спину меч. «Сфера» вместе с некоторыми другими машинами-трофеями была передана в римский «Храм доблести», где хранилась на удивление потомкам 500 лет...
      Рождение «движущей силы огня»
      Владыка мира Рим, сотрясаемый политическими, военными и религиозными столкновениями, довольствовался производительными силами, почти ни в чем не изменившимися за многие столетия рабского труда. Пример Архимеда, продемонстрировавшего выдающиеся возможности математизации науки и ее связи с практикой, не был подхвачен — общество оказалось к этому неподготовленным. Оригинальные труды и мысли становятся редкостью — изучение «мертвой» природы, когда вокруг клокочет бурная, играющая страстями жизнь, мало кого увлекает. Зато пышно расцветает шарлатанство — астрология и магия...
      В 30 г. до н. э. после захвата римлянами Египта заканчивается второй после древнегреческого — александрийский, или эллинистический, период расцвета науки и культуры.
      Император Август (63 г. до н. э. — 14 н. э.) установил военную диктатуру и фактически пользовался монархической властью, хотя и сохранял формально республиканские учреждения. Не желая терпеть свободомыслия александрийских ученых, он стал искать идеологическую опору своему режиму в прошлом, у древних греков, тем более что незадолго перед этим одиннадцатый преемник Аристотеля по Ликею Андроник Родосский размножает труды учителя, привезенные Суллой в Рим в качестве военной добычи. Так, после почти 200 лет забвения начинается новая волна интереса к аристотелевской натурфилософии, а достижения александрийского периода становятся чуть ли не крамольными...
      Однако до этого два александрийских механика — бывший брадобрей Ктезибий и математик Герон, опередив свое время почти на 1800 лет, успели открыть совершенно новую область науки и техники — пневмо- и теплоэнергетику, а также развить гидромеханику. Причем их труды состояли не из умозрительных рассуждений, а сплошь из экспериментов, под которые подводилась и теоретическая база, не хватало лишь измерений и количественных зависимостей.
      Ктезибий изобрел и изготовил подобие пневматического ружья, нагнетательный насос, родяные часы и да-
      же... водяной орган. Энерготехнической вершиной многочисленных пневматических и паровых устройств, придуманных и построенных Героном, был первый тепловой двигатель — прообраз реактивной паровой турбины — эолопил («Эол» — бог ветра, «пил» — мяч, шар, а в то время считалось, что при подогреве воды получается не пар, а... воздух). Это был металлический шар с впаянными в него на противоположных полушариях открытыми трубками, концы которых загибались в противоположные стороны. В шар наливалась вода и подогревалась до кипения. Пар, выбрасывавшийся из трубок во время кипения, создавал реактивные силы, и шар вращался в трубчатых опорах.
      Предполагается, что Герон был учеником Ктезибия, но учитель остался практиком, а ученик в трактате «Пневматика» не только привел описание многочисленных известных и изобретенных им и Ктезибием приборов, но и дал теоретическое объяснение их действия. Парадоксально, но в 1751 г. крупный физик Мушенбрук назовет «Пневматикой» «часть философии, трактующую о боге, духах, ангелах и душах человека и животных»! Таков был регресс этой науки за 1900 лет!
      Герон пишет в трактате: «Я счел необходимым изложить все то, что дошло до нас об этом предмете (о воздухе. — Г. Л.), и прибавить то, что нашли мы сами. Этим будет оказана существенная услуга тем, которые пожелали бы заняться изучением математики, и сверх того... это может принести большую пользу на практике, а также служить предметом большого удивления».
      В основу своих теоретических объяснений Герон кладет представления атомистов о наличии пустот между частицами. «Одни утверждают, — пишет он, — что пустоты вообще не существует; другие же полагают, что пустота не может образовывать целых пространств, но что она может заключаться в промежутках между частицами воздуха, воды, огня и других тел. Последнему мнению мы отдаем предпочтение...» «Каким бы образом иначе свет, теплота или другие материальные силы могли проникать в воду, воздух и в другие тела?» Поэтому «смешение воды и вина есть результат проникновения частиц одной жидкости в поры другой», а «сжатие и расширение — это процессы уменьшения или увеличения пор при неизменном размере частиц тел». При отсутствии внешней силы тело занимает естественный объем, и, «наливая воду в пустой на вид сосуд, мы, в сущности, тем самым удаляем из него столько воздуха, сколько наливаем туда воды». И так далее. Процесс нагрева тел заключается, по мнению Герона, в наполнении их пор «огненным телом».
      В 76 разделах своей книги Герон рассказывает о множестве пневматических, тепловых и гидравлических приборов и игрушек: насосах, сифонах, автоматически открывающихся дверях, поющих птицах, фонтанах, паровых волчках, эолопиле и т. п.
      Здесь мы видим явление исключительное в развитии науки и энерготехники. Прежде всего впервые в противоположность древнегреческой умозрительной натурфилософии экспериментальный метод так широко лег в основу исследований. Кроме того, впервые сознательно и активно были получены и использованы практически в реальных устройствах не существующие в природе искусственные силы (теперь бы мы сказали «виды энергии») сжатого воздуха и пара. И наконец, впервые было продемонстрировано экспериментально множество возможностей практического применения этих сил.
      Таким образом, можно сказать, что уже во II — I вв. до н. э. была совершена тихая, почти не замеченная революция в принципах получения «движущей силы» — открыт и экспериментально проверен способ превращения тепла, получаемого от сжигания органического топлива, в механическую работу; более того, создана действующая модель, по существу, универсального теплового двигателя (эолопил). И если бы прогресс зависел только от научно-технических открытий, только от внутренней логики развития науки и техники, то промышленная революция XVII — XVIII вв., возможно, наступила бы на несколько столетий раньше...
     
      Во тьме религиозных и политических потрясений
      Однако бремя страстей человеческих оказалось сильнее разума. Только что родившееся религиозное учение, выдвинувшее одного бога на смену многим, — христианство, вступив в борьбу с умирающим язычеством, сконцентрировало на ней все силы людей. Само помышление о материальных вещах природы стало преступным, ибо духовный мир человека отныне должна была целиком заполнить вера, Один из отцов церкви Евзебий писал о научных трудах древних греков: «Не из-за незнания этих вещей, а из-за презрения к бесполезным трудам этих древних мы думаем так низко о всех этих вещах». Другой — Августин: «Было бы для меня лучше, если бы я никогда не услышал имени этого Демокрита!» Третий — Ф. Лактанций: «Могут ли люди быть настолько безрассудными, чтобы верить, будто на противоположной стороне Земли злаки и деревья растут вершинами вниз, а у людей ноги находятся выше головы? Святое писание не упоминает о подобных существах в числе потомков Адама» (из книги «О ложной мудрости», 340 г.).
      В результате служение сначала апостолу силы Риму, а затем апостолу веры христианству практически полностью остановило развитие науки и техники на столетия...
      Одни тираны сменяли других, одна религия или ее разновидность, с помощью которой они захватывали бразды правления, уступала с боем место другой. Отдавая все силы утолению жажды власти и славы, фанатизму веры и преследованию инакомыслящих, борьбе за обогащение и самосохранение, погрязнув в холодных и горячих войнах, заговорах и интригах, человечество прекрасно обходилось без паровых машин и двигателей внутреннего сгорания, без телевизоров, без автомобилей и самолетов, а тем более без атомной энергии.
      В IV — VII вв. могучий поток переселения на Запад германских, сарматских, славянских и других племен смел остатки рабовладельческой Римской империи. В 395 г. она распалась на Западную и Восточную (Византию). Но вскоре вестготы разграбили Рим, а в 476 г. вождь скифов Одоакр низложил последнего западноримского императора Ромула Августула. Византия же была разгромлена турками только в 1453 г.
      В IV — VII вв. Византия была разлагающимся рабовладельческим государством, а затем феодальной империей, раскинувшейся на огромной территории и заселенной многими народами. Император обладал неограниченной властью, которая поддерживалась всей духовной мощью церкви. В 1204 г. часть Византии, включая Константинополь, была захвачена европейскими феодалами — участниками IV Крестового похода и преобразована в Латинскую империю, но через 21 год снова восстанавливается Византийская империя.
      Византия, лучше чем другие государства, сохраняла наследие древнего мира, став крупным культурным центром Средневековья. Тем не менее уже в 529 г. император Юстиниан I запрещает афинские философские школы, прекращается и деятельность аристотелевского Ликея. Окончательно приходит в упадок как центр науки и культуры Александрия. Ее величайшее в мире хранилище книг, сожженное частично Юлием Цезарем в 47 г. до н. э., уничтожается еще больше фанатиками-христианами в 390 г. и полностью — фанатиками-мусульманами в 640 г. Магомет говорил: «Если науки учат тому, что сказано в Коране, то они излишни; если же они учат другому — они безбожны и преступны».
      Но и эти мрачные столетия проходят, и в VII — VIII вв. наступает некоторое оживление науки в арабских халифатах — феодальных государствах, образовавшихся в VII в. в результате арабских завоеваний в Западной Азии, Северной Африке и Юго-Западной Европе. Когда к блестящим дворам халифов стали стекаться богатства, а за ними — поэты, художники и ученые, яростные защитники мусульманской веры, нанесшие последний удар древней науке, превратились в ее почитателей, правда, не добавивших к известному почти ничего нового...
      Опять начались, как и во времена Римской империи Августа, переводы древних греков и прежде всего Аристотеля. Создавались целые переводческие академии. Однако, не будучи достаточно подготовленными, арабы не были в состоянии должным образом усвоить даже эту информацию, не говоря уже о ее развитии. Всякий, кто постигал то, что знали греки, считался великим ученым и передавал свою «ученость» другим. Развивается идолопоклонство перед учителями, слепая вера в авторитеты, школярское довольство раз установленным; к действительным явлениям добавляются мнимые и мистические.
      Под давлением христианства в XI — XII вв. халифаты стали разваливаться, и арабской философии пришлось вести борьбу за существование, насаждая догматизм и фанатизм. Имя Аристотеля становится позорным, ученых снова начинают презирать, а их труды уничтожать... Поэтому сочинения даже великих арабов были малоизвестны в то время и не оказали существенного влияния на развитие науки.
      Вскоре под эгидой христианской церкви в Европе устанавливается относительный покой. Однако теперь просто верить становится мало — необходимо владеть искусством обоснования догматов церкви. И в поисках
      средств обучения логике, диалектике (понимаемой как искусство спора), полемике христианские проповедники — теперь уже вслед за римлянами и арабами — вынуждены обратиться опять-таки к трудам древнегреческих мыслителей и... к Аристотелю. Так возникает новый тип «ученых» — схоластов, которые, признавая веру основой познания, а библейское учение критерием истинности, стремятся поставить догматы церкви на рациональный фундамент.
      Вершиной «науки» становится софистика и культ авторитетов. Все спорные вопросы решаются с позиций христианских идей и канонов. Объяснение и исследование реального мира подменяется объяснением и исследованием... трудов Аристотеля, вместо природы человека и животных «изучается» природа... ангелов, их язык, одежда, пищеварение...
      Но при этом было упущено, что сочинения Аристотеля, не очень противореча догматам церкви, открывают все-таки путь к изучению мира, к развитию точных наук, то есть к отделению познания от веры. Началось оживление научно-педагогической деятельности, стали создаваться первые университеты в Болонье, Падуе, Салерно, Париже, Оксфорде.
      Это так напугало отцов церкви, что в 1209 — 1215 гг. «Физика» и «Метафизика» Аристотеля были запрещены, «поскольку породили ереси и могли порождать впредь неведомые лжеучения». Создается инквизиция. Сначала она входит в епископские обязанности, но в 1232 г. поручается доминиканским монахам, которым с 1252 г. разрешается добиваться показаний пытками. Так, нищенствующий (обет выполнялся с 1220 по 1465 г.) орден «бра-тьев-проповедников», созданный испанским монахом Домиником для борьбы с ересями проповедями, превратился в орден «псов господних», искоренявших дыбами и кострами самих «еретиков».
      Вскоре, однако, стало ясно, что без Аристотеля «лжеучения» распространяются еще больше и не поддаются контролю, и в 1254 г. Парижскому университету разрешается издать все 28 книг Аристотеля, а через 100 — 200 лет уже никто не сможет получить ни ученой степени, ни звания, ни должности, не зная их.
      Сознательное применение в спорах и доказательствах неправильных, ложных доводов — софизмов.
      Когда же разрыв между схоластикой и действительностью стал доходить до абсурда, Фома Аквинский — Акв1иант выдвинул «учение о двоякой истине» — богословской и философской. Проповедуя гармонию между верой и разумом, он требовал, чтобы «истины откровения» всегда оставались выше «истин разума». Это учение — «томизм» (от «фомизм») — используется Ватиканом и теперь.
      Однако и на таких условиях сохранить гармонию не удается. Уже Аквиант не может пренебречь опытом, а крупный схоласт Уильям Оккам неожиданно объявляет опыт единственной основой знания и отвергает софистические рассуждения. За это он подвергается проклятию, а труды его сжигаются... Но и такая кара не останавливает мысль...
      Против искусственных построений схоластов и за познание реальной природы восстает англичанин (некоторые считают его французом) Роджер Бэкон (ок. 1214 — ок. 1292). Для нас особенно важно отметить его «энергетическую» прозорливость. За 150 лет до Леонардо да Винчи, в разгар преследований инквизицией всякой свежей мысли он сумел создать исключительно силой своего воображения почти все энергетические машины, которые появились только через 500 — 600 лет и начали безудержно поглощать энергетические ресурсы Земли и увеличивать энтропию окружающей среды. Он писал: «Расскажу о дивных делах природы и искусства, в которых нет ничего магического... Можно сделать орудия плавания, идущие без гребцов, суда речные и морские, плывущие при управлении одним человеком скорее, чем если бы наполнены были людьми. Также могут быть сделаны колесницы без коней, движущиеся с необычайной скоростью... можно сделать летательные аппараты: человек, сидящий в середине аппарата, с помощью некоторой машины двигает крыльями наподобие птичьих... можно сделать аппарат, чтобы ходить безопасно по дну моря и рек...»
      Однако «новые идеи, говорил Р. Бэкон, всегда встречают возражение, даже со стороны святых и хороших людей, мудрых в других отношениях». И действительно, его обвинили в ереси и колдовстве, лишили кафедры в Оксфорде и заключили в тюрьму. Папа Клемент IV освободил его, но после смерти папы францисканцы опять арестовали Бэкона, укрывшегося во Франции. Братья по ордену, в который Бэкон вступил когда-то после окончания университета для продолжения научных занятий, не могли простить ему свободомыслия и резких отзывов о невежестве и безнравственности духовенства. Все его сочинения были запрещены, и 10 лет он отсидел в монастырской тюрьме. Выйдя из нее 74-летним стариком, он уже не мог высказывать «крамольные» мысли и через шесть лет умер, всеми забытый...
      Но и через 400 лет его не забыли францисканцы! Историк этого ордена Ваддинг писал о Бэконе в 1682 г.: «Это был ум более тонкий, чем похвальный. Нельзя позволять такую свободу учить и мыслить. Есть люди, которые считают, что они ничему еще не научились, если не подвинули науку дальше, чем следует, и не выводили новых идей за пределы общепринятого учения».
      Недовольный аристотелевской физикой, Бэкон утверждал, что есть три средства познания: авторитет, мышление и опыт. Авторитет не имеет значения, если справедливость аргументируемых им положений нельзя доказать. При мышлении софизм от доказательства можно отличить, проверяя выводы опытом. Поэтому экспериментальная наука — царица умозрительных наук. Он учил также, что «дверь и ключ к науке» — это математика, и занимался не схоластическими спорами, а астрономией, оптикой, химией, став, по существу, первым естествоиспытателем средних веков.
      Бэкон отвергал теорию движения бросаемых тел Аристотеля. Против этой теории выступали крупные схоласты У. Оккам, ректор Парижского университета И. Бу-ридан (1297 — 1358) и другие. Вопреки официальному учению о «скрытых», «потаенных», не поддающихся выяснению силах и качествах они разрабатывали теорию «импето», истоки которой можно найти еще в трудах древних греков. Указывая на вращающийся волчок, точильный камень, сферу, Буридан спрашивал: где и как может толкать их воздух? По его мнению, «в то время как двигатель движет движимое, он запечатлевает в нем некий «импетус», некую силу, способную двигать это движимое в том же направлении, в котором двигатель движет движимое, безразлично, будет ли это вверх, вниз, в сторону или по окружности. И чем больше скорость, с которой двигатель движет движимое, тем сильнее «импетус»... или импето, напор. При падении сила тяжести, по Буридану, непрерывно «запечатлевает» в падающем теле импето, поэтому скорость увеличивается.
      Здесь мы видим и отказ от «насильственных» и «естественных» движений, и отрицание «боязни пустоты», и возрождение понятия расходуемой «силы», и уверенную констатацию «увеличения скорости падающих тел», и отдаленный намек на связь ускорения с силой (тяжести). Но и Буридан не порвал окончательно с динамикой перипатетиков, — тяжелые тела у него тоже падают быстрее легких, поскольку «импето в них запечатлевается больше». Однако теория импето связывает динамику Аристотеля с будущей динамикой Галилея, как бы перекидывая мост между ними. С этой теории начинается раздвоение неопределенного и многозначного понятия «сила» на нечто внешнее, действующее на тело (в дальнейшем это будет собственно сила), и на нечто присущее самому движущемуся телу (в дальнейшем это будет кинетическая энергия тела).
     
      Ренессанс. Силы тяготения, магнитные и электрические
      Схоласты, не зная греческого языка, пользовались различными, главным образом арабскими, пересказами древних классиков, в основном Аристотеля.
      После уничтожения турками Византийской империи бежавшие в Европу ученые стали быстро распространять сочинения древних в подлинниках. Изголодавшаяся по свежей мысли, уставшая от ига церковников и схоластов Европа, в которой уже зарождались ростки капитализма с его практицизмом, деловитостью, страстью к наживе и стремлением к открытию все новых средств обогащения, жадно набросилась на них. Наступает Ренессанс — знаменитая эпоха Возрождения античного культурного наследия и гуманизма, эпоха светского вольномыслия, девизом которой стали слова, приписываемые великому Вольтеру: «...я не одобряю ваших мыслей, но отдам жизнь за ваше право их защищать».
      И никто не сказал об этом времени точнее Ф. Энгельса: «Современное исследование природы — единственное, которое привело к научному, систематическому, всестороннему развитию, в противоположность гениальным натурфилософским догадкам древних и весьма важным, но лишь спорадическим и по большей части безрезультатно исчезнувшим открытиям арабов, — современ-
      ное исследование природы, как и вся новая история, ведет свое летосчисление с той великой эпохи, которую мы, немцы, называем, по приключившемуся с нами тогда национальному несчастью, Реформацией, французы — Ренессансом, а итальянцы — Чинквеченто... и содержание которой не исчерпывается ни одним из этих наименований... Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености. Люди, основавшие современное господство буржуазии, были всем чем угодно, но только не людьми буржуазно-ограниченными. Наоборот, они были более или менее овеяны характерным для того времени духом смелых искателей приключений... И исследование природы совершалось тогда в обстановке всеобщей революции, будучи само насквозь революционно: ведь оно должно было еще завоевать себе право на существование. Вместе с великими итальянцами, от которых ведет свое летосчисление новая философия, оно дало своих мучеников для костров и темниц инквизиции».
      Напомним, что в это время в Европе уже использовался компас, применялся в огнестрельном оружии порох, в 1440 г. было изобретено книгопечатание, в 1492 — 1493 гг. Колумб совершил свое путешествие, в 1590 г. был создан микроскоп, а в 1607 г. — зрительная труба.
      Начала развиваться энергетическая техника и машиностроение в виде часового механизма и мельниц — двух материальных основ, «на которых внутри мануфактуры происходит подготовительная работа для перехода к машинной индустрии» (К. Маркс) в период с XVI до середины XVIII в.
      Первые стационарные механические часы, заменившие солнечные и водяные, представляли собой систему колес и шестерен, приводившуюся в движение силой тяжести грузов. В XIII — XIV вв. такие часы распространяются в крупных городах Европы в качестве башенных и рассматриваются как одно из «семи чудес света». Позже X. Гюйгенсом был изобретен регулятор скорости хода в виде маятника. Затем появились карманные часы, ц которых источником энергии служила упругостная сила сжатой пружины, а роль маятника выполнял балансир. В механизмах часов впервые стали применяться классические детали машин — пружины, зубчатые колеса, кулач-
      новые муфты, храповики и т. п., и началось их исследование и отработка технологии изготовления.
      Если энергетическая природа часов была скрыта за их назначением, то водяные (ветряные) колеса быстро перешагнули границу устройств для размола зерна и стали применяться как универсальный двигатель в горном, кузнечном, металлургическом, лесопильном и других производствах. С мельницей появился на свет и инерционный двигатель — маховик, введенный для устранения неравномерности вращения водяных колес как аккумулятор энергии. На базе водяных и ветряных двигателей начались научно-технические исследования элементов крупных машин.
      Так стал возрождаться интерес к действительной науке, науке, основанной на фактах, на опыте, а не на игре слов и мистике.
      И, как ни парадоксально, одним из первых знаменосцев этого возрождения стал... кардинал и епископ Брик-сенский Николай Кребс (1401 — 1464), известный под именем Кузанского. Этот сын рыбака, достигший высочайшего положения в церковной иерархии, написал труд «Об ученом незнании», где осмелился утверждать, что между земным и небесным нет никакой разницы, что Вселенная бесконечна и не имеет центра, а Земля движется как и другие планеты, Солнце и Луна. Он даже сформулировал нечто вроде кинематического принципа относительности: «Мы ощущаем движения лишь при сравнении с неподвижной точкой... если кто-либо находится на земле, на солнце или на какой-нибудь другой планете, ему всегда будет казаться, что он — на неподвижном центре и что все остальные вещи движутся»... Опыт у него единственный критерий истины (значит, вопреки Аквианту истина едина!), и он даже издает пособие «О постановке опытов», в котором наряду с описанием множества других предлагает опыт по определению времени падения тел, сыгравший важнейшую роль в развитии динамики и осуществленный позже Галилеем (с высокой башни бросались камни и куски дерева и измерялось время их падения с помощью водяных часов).
      Художник, инженер и ученый Леонардо да Винчи, умерший в год начала кругосветного путешествия Магеллана (1519), как и Кузанский, считал Вселенную бесконечной, состоящей из множества не взаимодействующих между собой миров, окруженных своими «элементами».
      Естествознание, по его мнению, без опытов и математики мертво, но опыт у него лишь этап в познании причинной связи, лежащей в основе всех явлений. Если удастся постичь причину без опыта, то последний уже не нужен, ибо «природа полна бесчисленных причин, которых никогда не было в опыте».
      Размышляя над законами природы, занимаясь механикой и разработкой проектов далекого будущего (включавших независимо от Р. Бэкона почти весь набор его энергетических машин), он сложил в честь «силы» целый панегирик: «Силой я называю духовную способность, невидимую потенцию, которая через случайное внешнее насилие вызывается движением, помещается и вливается в тела, извлекаемые и отклоняемые от своего естественного бытия, причем она дает им активную жизнь удивительной мощности; она принуждает все созданные вещи к изменению формы и положения, стремится с яростью к желанной ей смерти и распространяется при помощи причин. Медленность делает ее большой, а быстрота — делает слабой. Рождается она благодаря насилию и умирает благодаря свободе, и чем она больше, тем скорее уничтожается. С яростью гонит она все, что препятствует ее разрушению; она желает победить, убить свою причину, сопротивление себе и, побеждая, убивает самое себя. Она делается сильнее там, где находит большее сопротивление. Всякая вещь охотно убегает от своей смерти. Будучи принужденной, всякая вещь принуждает. Ни одна вещь не движется без нее. Тело, в котором она возникает, не увеличивается ни в весе, ни в форме».
      В этой, хотя и расплывчатой, но удивительно емкой, разносторонней и поэтичной характеристике «силы» можно обнаружить контуры почти всех энергетических понятий, которые сформируются значительно позже: собственно силы — причины изменения состояния движения или покоя тел; работы — произведения величины силы на путь точки ее приложения; импульса — произведения величины силы на время ее действия; энергии — меры всех форм движения и даже энтропии — меры рассеяния энергии...
      Но Леонардо да Винчи в своих рассуждениях-догадках идет еще дальше. Так, он пишет: «...каждое движущееся тело движется постоянно, пока в нем сохраняется действие его двигателя». Здесь «сила» выступает в значении «импето» Буридана и проскальзывает как бы намек на принцип инерции движения, а значит — и на силу инерции. Он знает уже о принципе равенства действия и противодействия (который станет у Ньютона третьим законом механики). «Такая же сила, — пишет он, — создается предметом против воздуха, что и воздухом против предмета». Более того, он твердо верит в принцип сохранения... энергии! «О вы! Искатели вечного движения! — восклицает презрительно да Винчи. — Какое количество пустейших замыслов пустили вы в мир. Идите к искателям золота! (к алхимикам. — Г. Л.)» И наконец, исповедуя, как почти все ученые-материалисты того времени, механицизм, он «основой всего» считает механическое движение и такие явления, как звук, теплота, свет, магнетизм и т. п., объясняет различными движениями частиц материи.
      Приведенные высказывания и множество рассмотренных выше наводят на мысль, что, быть может, названные понятия и принципы, законы сформировались окончательно значительно позже не из-за неспособности людей додуматься до них раньше, а из-за отсутствия в этом насущной потребности — не нуждалась тогда в них ни наука, ни тем более практика. Таким образом, несмотря на наличие «внутреннего» стимула их раннего развития, отсутствие внешнего надолго задержало это развитие.
      Решающий удар схоластике и церкви был нанесен великими географическими открытиями, и они же дали толчок дальнейшему развитию представлений о силе, энергии и их материальных источниках и носителях. Как мы видели, раньше других наук стала возрождаться астрономия, особенно в германских государствах, где она занимала ведущее место до начала XVII в. Но ни Кузан-ский, ни Леонардо да Винчи, ни затем немцы Пейербах, Региомонтан (Миллер) и его ученик Вальтер не смогли порвать с птолемеевой системой; своими наблюдениями и расчетами они лишь подготовили ее падение.
      И только после путешествий Колумба, достигшего Америки (1492), Васко да Гамы, открывшего путь в Индию (1498), и особенно Магеллана, впервые обогнувшего Землю (1519 — 1521), никто уже не мог сомневаться в шарообразности Земли и ее движении вокруг своей оси и в пространстве. А это не только разрушало до основания птолемееву систему, нанося одновременно удар и по Священному писанию, но и впервые в таком масштабе и с такой достоверностью показывало, что видимое не всегда есть сущее, то есть относительность знаний, доставляемых нам органами чувств, и необходимость проверки их опытом. А все это, вместе взятое, выдвигало опять важнейший энергетический научный вопрос — какими силами, если не божественными, поставленными теперь под сомнение, мир движется и сохраняется в этом своем состоянии? И опять ответ на этот вопрос — открытие естественных источников действующих сил — означал «еретическое» выступление против христианской религии, ставшей к тому времени хозяином не только душ, но и тел людей, ибо церковь решала, жить «еретику» или умереть, и решала всегда однозначно — застенок или смерть.
      Новая сенсация — открытие Колумбом помимо восточного отклонения магнитной стрелки, господствовавшего в прибрежье Средиземноморья, западного — пробила еще одну брешь в схоластических и церковных «науках». Получалось, что помимо сил, притягивающих обычные тела, Земле присущи и какие-то еще неведомые силы, притягивающие или отталкивающие магнитную стрелку!
      Так великие географические открытия сделали силы тяготения и магнитные силы загадкой века и разрушили фундамент важнейших церковносхоластических построений. И сразу же стали появляться теории, объясняющие и приводящие в систему новые опытные данные, — начиналась первая научная революция в естествознании.
      В 1543 г. мыслитель, экономист, врач и государственный деятель Польши Николай Коперник (1473 — 1543) решился, наконец, накануне смерти опубликовать в труде «Об обращении небесных тел» разрабатывавшуюся им 16 лет гелиоцентрическую систему мира. Коперник не разделял идей Н. Кузанского и Леонардо да Винчи о неограниченности Вселенной. Солнце у него — неподвижная звезда, расположенная в центре Солнечной системы. Земля движется вокруг собственной оси и вокруг Солнца, а планеты — вокруг Солнца. О первых двух движениях писали еще пифагорейцы и Аристарх Самосский (о чем Коперник упоминает). Для объяснения смены времен года Коперник вводит третье движение Земли — ее оси в течение года по окружности вокруг проходящей через центр Земли другой оси, параллельной оси годичного вращения («прецессия»); теперь два параллельных и противоположных вращения давали одно круговое движение Земли вокруг Солнца. Такова была кинематика движения небесных тел в новой, антиптолемеевой системе. Здесь не было сил, и интересы бога, а следовательно, церкви в открытую не очень задевались.
      Но умолчать о динамике — о силах было нельзя. И Копернику приходится объявить, что сила тяжести «есть не что иное, как естественное стремление, сообщенное божественным промыслом всем мировым телам, сливаться в единое и цельное, принимая форму шара». Здесь и формальная дань «божественному промыслу», и аристотелево «естественное движение», и пифагорейская «идеальная форма» — шар. Правда, дальше тяготение действует самостоятельно и закономерно: земные тела стремятся к центру Земли, а потому ни свободно падающие предметы, ни облака не могут оставаться позади Земли при ее движении, как утверждал когда-то Птолемей, высказываясь против вращения Земли.
      Несмотря на эту сдержанность Коперника, факт разгрома церковносхоластической «небесной механики», на которой держалось столько догматов, был так страшен, что почти 300 лет после этого церковь сражалась с системой Коперника и ее приверженцами.
      Но и ученые-современники не приняли этой системы — так была велика сила психологической инерции, «здравого смысла» (не могут же люди «ходить вверх ногами»!) и страха перед церковью. И чтобы примирить церковную «теорию» с фактами, крупнейший астроном Тихо Браге (1546 — 1601) предложил «промежуточную» систему: Земля с вращающейся вокруг нее Луной находится в покое, а вокруг Солнца, как у Коперника, движутся планеты. Многим такой выход из трудного положения понравился, кроме... ассистента Браге — Иоганна Кеплера (1571 — 1603). Молодой ученый, обработав многолетние наблюдения учителя, собрал огромный фактический материал в поддержку системы Коперника. Активными приверженцами и пропагандистами этой системы стали также Джордано Бруно (1548 — 1600) и Галилео Галилей (1564 — 1642). Причем Бруно, развивая идеи Н. Ку-занского, Леонардо да Винчи и систему Коперника до идеи бесконечности Вселенной и множественности миров, существующих без богов, пошел дальше всех и поплатился за это сожженйеМ в Риме На площади Цветов 17 февраля 1600 года после 8 лет тюрьмы и пыток с требованиями отречься от своих убеждений.
      И в этом же году, как бы символизируя неуничтожи мость человеческой мысли, вышел в свет знаменитый труД лейб-медика английской королевы Уильяма Гильберта (1540 — 1603) «О магните, магнитных телах и великом магните Земли», в котором был сразу сделан гигантский шаг в изучении других загадочных сил — магнитных и электрических. Отказавшись от умозрительного сочинительства, Гильберт делает более 600 опытов и дает тщательное описание результатов. Восхищенный этим Галилей скажет через 32 года: «Воздаю хвалу, дивлюсь, завидую Гильберту. Он развил достойные удивления идеи о предмете, о котором трактовало столько гениальных людей, но который ни одним из них не был изучен внимательно... Гильберту недостает только побольше математики и особенно геометрии».
      Лейб-медик открыл множество свойств естественных и искусственных магнитов: установил, что сила магнита действует во всех точках его протяженности — расколотый на куски, он превращается в множество магнитов; что силу магнита можно сохранить и даже увеличить, заключив его в стальную арматуру или погрузив в железные опилки; что сила магнита действует на большем расстоянии через железную проволоку, а не через воздух (как считалось раньше). Он обнаружил также возможность передавать силу магнита другим телам — магнитную индукцию, но не осознал и не оценил должным образом это важнейшее открытие.
      Смело отвергая тысячелетнее противопоставление земного мира небесному, Гильберт объявляет Землю большим магнитом и доказывает это на опыте с железным намагниченным шаром, утверждая, что тот должен действовать на магнитную стрелку так же, как и Земля. Он считает, что географические полюса совпадают с магнитными, существующее же отклонение объясняет тем, что воды морей и океанов не обладают магнитными свойствами, а суша распределена неравномерно. Он показывает, что железо может намагничиваться непосредственно от Земли. (Правда, за 20 лет до этого другой англичанин, Норман по существу уже установил это, доказав, что точка притяжения магнитной стрелки находится в Земле.)
      С древнейших времен было известно свойство янтарй после трения притягивать легкие предметы, например солому. Гильберт обнаружил, что этим свойством — электрической «силой» (по-гречески «янтарь» — «Электра») — обладает также алмаз, сапфир, аметист, опал, стекло, смолы, сера, каменная соль и др. Они притягивают почти все твердые тела. Напротив, металлы, кость, жемчуг, агат, смарагд не поддаются электризации. Он исследовал влияние на электрическую силу тепла, ветра, влажности воздуха, воды, спирта и даже... оливкового масла!
      Однако в теории открытых явлений Гильберт не продвинулся дальше своих предшественников, в лучшем случае механицистов. Так, он не считает совершенно абсурдным мнение Фалеса, приписывавшего магниту душу. Магнитная сила, по Гильберту, — это свойство материала, и действует она только на некоторые тела, электрическая же сила, возникающая от трения, — на многие.
      Тяжесть у Гильберта — сила взаимного притяжения тел одной планеты, а не тяготение их к какой-то точке пространства, как учили перипатетики. Между планетами же действует магнитная сила, которая заставляет их вращаться одну около другой, не сближаясь.
      После выхода в свет сочинения Гильберта интерес к магнитным и электрическим явлениям сильно возрос. На эту тему публикуются статьи и трактаты, но ничего существенно нового в них не содержится, хотя даже делаются попытки измерения величины магнитной силы с помощью весов.
      Принципиальное значение имели лишь опыты Магде-бургского бургомистра Отто фон Герике (1602 — 1686), изготовившего нечто вроде первой электростатической машины. Он взял стеклянную шарообразную колбу, наполнил ее расплавленной серой, а когда сера застыла, расколол стекло. Получившийся шар из серы «размером с детскую голову» он насадил на ось и электризовал во время вращения, натирая ладонью своей руки. При этом он обнаружил удивительные явления: 1) пушинка, притягивавшаяся шаром, после соприкосновения с ним отталкивалась, другие же тела (например, нос!) притягивали ее, после чего ее опять притягивал шар; 2) льняная нитка, присоединенная к шару, другим концом так же притягивала (отталкивала) предметы, как и шар; 3) при электризации шара в темноте от него исходил «электрический свет»; 4) подвешенная на нитке пушинка при движении вокруг нее наэлектризованного серного шара поворачивалась за ним, оставаясь обращенной к нему всегда одной и той же стороной.
      Истинное значение этих явлений как величайших открытий осталось не понятым ни самим Герике, ни его современниками. Между тем первое означало открытие двух зарядов электричества, второе — электропроводности (официально сделаны в 1729 г. англичанином Греем и в 1734 г. французом Дюфе), третье — люминесценции, четвертое — вслед за Гильбертом «почти что» электромагнитной индукции.
      Так, человек под влиянием неопровержимых данных практики впервые осмелился сознательно вторгнуться во владения бога и церкви, поставив объективно вопрос о естественной природе сил тяготения, магнитных и электрических, а следовательно, и источников энергии, их порождающих. Это было событие громадного значения, и, приведя к революции в «механике небесной», оно неизбежно должно было привести к реконструкции механики земной. И действительно, ревизии подвергаются представления и понятия, связанные в первую очередь с движением и действующими силами. И именно в это время начинается интенсивный процесс формирования понятий «сила», «работа», «импульс», «энергия».
     
      Силы небесные и земные
      Как отмечалось выше, между телами одной планеты, по Гильберту, действуют силы тяготения, а между планетами — магнитные (или электрические, по Герике) силы. Кеплер же, развивая учение Коперника о гелиоцентрической системе, не только уточнил кинематику движения планет, но и впервые стал рассматривать силы тяготения и магнитные как тождественные. Этим он внес важнейший вклад в выработку обобщенного понятия «сила», а затем понятий «работа» и «энергия».
      Окружности вращения планет и Земли вокруг Солнца он заменил эллипсами, а вместо движения по окружностям с постоянными скоростями ввел движение по эллипсам с постоянными «секториальными скоростями» (радиус-вектор планеты в равные промежутки эремени
      описывает равные площади). Эти два закона Кеплера вместе с третьим — квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца — дали ту основу, на которой построена современная небесная механика.
      Установив движение планет по эллипсам, он вынужден был отказаться от кинематики равномерных движений, заимствованных Коперником у Птолемея, и искать причины убыстрения (замедления) движений — ускорения. По Аристотелю же, во власти учения которого все еще находился Кеплер, неравномерные движения без поддержки сил должны прекратиться. В поисках их источника в реальном мире Кеплер поднимает «божественный промысел» выше Солнцаделая носителем движущих сил, гармонии и света «животную силу» Солнца (то есть на современном языке запас энергии, заключенной в нем), которое располагается у него в центре Вселенной, представляющей собой ограниченную сферу. «Животная сила» обеспечивает вращение Солнца вокруг собственной оси, в результате чего оно увлекает за собой планеты, распространяя вокруг себя «силовые нити» (почти- силовые линии, которые введет через 200 лет Фарадей). Движущая сила Солнца, по Кеплеру, тождественна магнитным силам, распространяющимся в плоскости, а потому, как и последние, обратно пропорциональна расстоянию. Так объяснялось «самодвижение» планет вокруг Солнца по эллиптическим орбитам со скоростями, обратно пропорциональными расстоянию от него.
      Здесь особенно четко и осознанно выражается связь между силой в собственном ее значении и ускорением, которая у Ньютона станет одним из трех законов механики. Вместе с тем принцип инерции движения Кеплеру еще чужд.
      Подобно Гильберту тяготение для Кеплера — это сила стремления разрозненных частей к соединению, а не как у Аристотеля — стремление к некоему «естественному месту». И разрозненные части движутся для соединения по кратчайшим расстояниям.
      Дальше же позиции Гильберта и Кеплера расходятся. Так, у Гильберта отдельные части небесного тела тяготеют к его центру (то есть все еще «к месту»!), у Кеплера же они тяготеют друг к другу. У Гильберта силы, притягивающие к Солнцу, звездам и Земле, различны для каждого небесного тела. У Кеплера же силы тяготения всюду одинаковы, и тяготение становится универсальной характеристикой вещества. Все тела — элементы вещества — оказываются связанными взаимным тяготением. Это уже, по существу, закон всемирного тяготения, количественное выражение которого окончательно установит опять-таки Ньютон.
      Космос, по Кеплеру, наполнен эфирным веществом, из которого в результате космогонических процессов сгущения образуются кометы и новые звезды. Свет — невесомая материя — распространяется во все стороны прямолинейно и с бесконечной скоростью; сила же света (еще одна «сила»!) убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Догадка Кеплера о материальности света, сделанная на уровне новых знаний, хотя и является продолжением учения древних атомистов и Аристотеля, вместе с тем уже предвосхищает целую эпоху в физике — эпоху «невесомых» материй, которая наступит только через 120 — 150 лет.
      Так наполнялась новым содержанием небесная механика, а с нею вместе — и понятия различных видов «сйл», включая и то, из которого позже разовьется понятие энергия.
      Одновременно и на Земле накапливается немало наблюдений, противоречащих теоретическим канонам перипатетиков. Все более противоестественно выглядит центральная часть их механики — динамика и кинематика бросаемых тел. По официальному учению камень (снаряд) должен лететь сначала горизонтально, совершая сообщенное ему «насильственное» движение, потом переходить в смешанное круговое движение и, наконец, «естественно» вертикально падать... Мало кто решался выступить против этой каббалистики, хотя все видели, что ни одно брошенное тело не движется по такой траектории. Наконец, в 1537 г. выдающийся итальянский математик, выходец из низов Николо Тарталья во всеуслышание заявил, что траектория тела, летящего не по вертикали, может быть только кривой и «никогда не имеет ни одной части, которая была бы совершенно прямой». Но и он не осмелился отказаться от учения о естественных и насильственных движениях, объясняя криволинейную траекторию полета тела их непрерывным «смешиванием». Поэтому наибольшая дальность полета получалась у него при «равновесии» этих движений, когда угол вылета составлял 45° по отношению к поверхности Земли.
      Ученик Тартальи Дж. Б. Бенедетти (1530 — 1590) выступает против официальной механики еще смелее. Он утверждает, что движение брошенного камня происходит не за счет подталкивания его воздухом, а за счет «стремительности», сообщаемой камню силой руки, воздух же лишь тормозит движение. Тем самым он провозглашает, хотя и в неявной форме, принцип инерции движения.
      Опираясь на этот же принцип, Бенедетти отвергает аристотелевскую теорию падения тел, выдвигая прямо противоположную ей. Свое доказательство он строит на простом мысленном эксперименте: делит падающее тело на несколько равных по объему и весу частей и утверждает, что скорости падения их всех будут одинаковы, поскольку нет причин, которые помешали бы этому. Убыстрение же движения тел при падении он объясняет возрастанием все той же «стремительности» при непрерывном действии постоянной силы, а не увеличением веса, как учили схоласты. Это было первое открытое, ясное и доказательное выступление с утверждением независимости времени и скорости падения от веса тел. Принцип инерции движения позволяет Бенедетти высказать предположение о существовании центробежной силы (инерции): если тело, движущееся по кругу, не прикреплено, оно будет удаляться под действием этой силы по касательной к кругу «подобно грязи, отскакивающей от колес экипажа». И наконец, изучая равновесие жидкости в сообщающихся сосудах, Бенедетти почти на 70 лет раньше Паскаля и за год до Стевина обнаруживает «гидравлический парадокс» — одинаковое давление жидкости на основание при равных высотах независимо от формы сосуда.
      Правда, все эти мудрейшие мысли прошли почти незамеченными современниками, вызывая лишь гонения на Бенедетти.
      Аристократ Гвидо Убальди маркиз дель Монте прославился не только переводами сочинений Архимеда и многолетним покровительством Галилею. В своей «Механике», рассматривая просты механизмы (рычаг, клин, винт, блок, ворот, полиспаст), он впервые абстрагируется от понятий «груз» и «сила», оперируя двумя равноценными силами, под которыми понимает давление или притягивание, измеряемое фунтами и имеющее в каждом случае определенное направление. Кроме того, он вводит понятие момента (по-латински «момент» — «важный», «значительный») как произведения величины силы на ее расстояние от точки вращения по перпендикуляру, опущенному из этой точки, на направление силы. С этого времени и по сей день оно применяется в механике, упрощая многие рассуждения.
      В 1585 г. появилась работа Симона Стевина «Начала равновесия». Историки науки считают ее весьма значительной вехой в становлении классической механики, но тогда она была мало кому известна, так как автор пренебрег обязательной латынью и написал книгу по-голландски.
      Симон Стевин независимо от Леонардо да Винчи высказал мысль о принципиальной невозможности вечного движения. Но не просто высказал, он положил ее в основу решения практических задач статики. Только через 185 лет Парижская академия наук первой в мире постановит не рассматривать проекты вечных двигателей, и только через 260 лет из этого принципа разовьется закон сохранения энергии! А Стевин уже использует этот принцип для доказательства закона равновесия тела на наклонной плоскости: он рассматривает равновесие замкнутой цепочки типа бус, наброшенной на некий предмет, имеющий сечение в виде прямоугольного треугольника с горизонтальной гипотенузой. Если бы сила, действующая на этот предмет, лежащий на наклонной плоскости, равнялась бы весу, рассуждает Стевин, то обладающая большим весом часть цепи, расположенная на длинном катете, скатывалась бы вниз, перетягивая остальные звенья. Цепь двигалась бы вечно, но этого не происходит. Стало быть, заключает он, сила, заставляющая тело скатываться с наклонной плоскости, не равна весу, а во столько раз его меньше, во сколько высота плоскости меньше ее длины.
      С помощью этой же модели Стевин устанавливает закон сложения одновременно действующих сил и закон разложения силы на две составляющие, перпендикуляр-цые одна другой.
      Исходя из того же принципа Стевин по-новому обосновывает закон Архимеда: любая частица неподвижной массы жидкости должна находиться в равновесии, иначе эта частица пришла бы в движение, за нею стали бы двигаться другие, и получилось бы вечное движение, являющееся абсурдом. Независимо от Бенедетти, хотя и на год позже его, Стевин более четко и полно формулирует «гидростатический парадокс» — равенство сил давления жидкости на дно сосудов любой формы при одинаковой высоте их столбов.
      Так постепенно понятие силы наполняется все новым содержанием и все чаще разветвляется на собственно силу и на «силы» — энергию, работу, импульс.
      «Посмеемся, мой Кеплер, великой глупости людской!»
      Незадолго до рождения в г. Пизе в семье обедневшего флорентийского патриция великого Галилео Галилея Европа, несмотря на отдельные достижения разума, еще жила смесью наивной фантастики, шарлатанства и... научных изысканий. Аристократия зачитывалась четырехтомной «Магией» 20-летнего Джамбатисты дел-ла Порты, где содержались рецепты, как узнать целомудрие девушки с помощью магнита и соорудить лампу для получения у гостей лошадиных голов. Правда, уже во втором двадцатитомном издании «Магии» (появившимся через 30 лет) можно было найти и научные данные, например, там утверждалось, что магнитные свойства пакета железных опилок после их рассыпания и перемешивания пропадают... Но это издание спросом не пользовалось...
      Галилей начал свою деятельность в те времена, когда перипатетики, опиравшиеся на поддержку католической церкви, все еще занимали ключевые позиции в официальной науке, уступая их только из-за вымирания. Однако теперь их борьба с новым стала оборачиваться на пользу этому новому. Вынужденные ставить публично опыты в защиту учения Аристотеля, они получали результаты, опровергавшие его, и, что не менее важно, внедряли экспериментальный метод исследований.
      Главное сражение происходило все еще вокруг систем мира. Блестящее участие в нем на стороне гелиоцентрической системы («Диалог о двух главнейших сиетемах мира» (1632 г.) принесло Галилею мировую славу. И только в конце XIX в. по достоинству был оценен его итоговый труд «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей наук» (1638). Оказалось, что вклад Галилея в астрономию менее значителен, чем его достижения в механике и в науке о сопротивлении материалов! Даже критика им Птолемея была важна не столько для астрономии, сколько для разрушения ошибочных положений динамики Аристотеля и разработки взамен их новых. Тем более что в ряде астрономических вопросов Галилей сам допускал ошибки (его система мира повторяла устаревшую уже систему Аристарха Самосского; он не признавал движения планет по эллипсам, хотя был единомышленником и другом Кеплера, настаивал на самой слабой части учения Коперника — на понятии космической инерции и т. д.).
      Легенда утверждает, что еще 19-летним юношей Галилей заметил, что лампады в Пизанском соборе, несмотря на разные размеры и вес, при одинаковой длине подвесов качались в такт друг другу — изохронно. Это наблюдение позволило ему сформулировать закон изохронности колебаний маятника при малых амплитудах, но что еще более важно, сделать заключение об ошибочности закона Аристотеля о пропорциональности скорости падения тел их весу: ведь лампады, двигаясь из крайних положений в средние, хотя и сдерживаемые подвесами, но все же падали, и все с одинаковыми скоростями.
      И уже в раннем своем сочинении «Диалог о движении» Галилей публично заявляет, ссылаясь на эксперименты (бросание различных предметов с Пизанской наклонной башни), что скорость и время всех тел, падающих с одной высоты, должны быть одинаковы (при условии, конечно, что поперечные сечения этих тел невелики и сопротивление воздуха не будет помехой). Здесь же он отвергает аристотелеву «силу легкости». Если в воде дерево всплывает, а в воздухе падает, то это значит, что никакой «силы легкости» нет — все тела «тяжелые», направление же их движения зависит от удельного веса по отношению к среде. Наконец, он опровергает аристотелевский принцип «природа боится пустоты» и основанное на этом принципе объяснение движения брошенных тел подталкиванием их воздухом. Для доказательства он использует тот же пример, что и Буридан, — сферу, вращающуюся вокруг оси, за которой не остается места, куда бы ее подталкивал воздух.
      Перипатетики учили, что холод и тепло — это различные свойства, перемешанные в материи, а потому измерению они не поддаются. Галилей же утверждал, что холод не является положительным качеством, а есть лишь отсутствие тепла, поэтому он пребывает не в материи, а в чувствительном теле. Тепло же представляет собой «множество мелких частиц той или иной формы, движущихся с той или иной скоростью, которые, встречаясь с нашим телом, проникают в него с величайшим проворством; их прикосновение, осуществляемое при прохождении в нашу ткань и ощущаемое нами, и есть то воздействие, которое мы называем теплом...». Это почти механистическое толкование тепла, если бы указанные частицы были молекулами, однако Галилей, как и древние греки, считает их тельцами особой субстанции — огня.
      Такое определение тепла наводит Галилея на мысль измерить «степень жары и холода», и он изобретает первый термометр — «термоскоп». Это колба размером с яблоко, с длинным тончайшим горлышком, которое опускалось в чашу с водой. Если колбу согреть рукой, а потом опустить в чашу, то вода поднимается по горлышку. Этот «термометр» стал широко применяться в различных областях, включая медицину.
      Вскоре Галилей делает с помощью изобретенной им зрительной трубы ряд астрономических открытий, неопровержимо подтверждающих систему Коперника. Церковь и жрецы официальной науки объявляют их «дефектами зрительной трубы». И Галилей с горечью пишет по этому поводу своему единомышленнику: «Посмеемся, мой Кеплер, великой глупости людской!»
      «Диалог о двух главнейших системах мира» увидел свет, когда Галилею было уже 68 лет. С долго сдерживаемой страстностью обрушивается он на перипатетиков. «Некоторые люди, — пишет он, — выведя поспешные заключения, вобьют себе в голову какое-нибудь утверждение и упорно его держатся как собственного или как приобретенного от аккредитованных лиц, так что искоренить его из их голов невозможно». И устами одного из персонажей книги высмеивает их: «Если отказаться от Аристотеля, то кто же будет нам проводником в науке?»
      «Диалог» поразил Европу блестящим обоснованием системы Коперника и вызвал гнев инквизиции. Под ее давлением 22 июня 1633 г. Галилей подписал акт «самоотречения» от ... этой системы, сохранив такой ценой жизнь и свободу для завершения своего дела. Немощный, почти потерявший зрение и слух, он продолжает неустанно трудиться. В 1638 г. в первой буржуазной республике Голландии издаются его «Беседы», добившие аристотелеву физику.
      8 января 1642 г. Галилей скончался. У гроба, кроме сына, невестки и двух учеников — Вивиани и Торричелли, находились два стража инквизиции...
      Через несколько веков, уже в наше время, церковь объявила процесс над Галилеем «ошибкой»а Бруно даже причислила к лику святых... Жест, продиктованный не столько доброй волей, сколько желанием и из науки извлечь что-нибудь для поддержания своего пошатнувшегося авторитета.
      В «Беседах» в той или иной форме фигурируют почти все основные понятия и принципы механики, имеющие прямое отношение к нашей теме.
      Накопившиеся научные и практические данные заставляют Галилея по-новому проанализировать движение брошенного вверх камня. Он приходит к выводу, что «сообщенный импульс уничтожается погашением первоначального излишка его над весом тела». Аристотелево «естественное» падение камня становится у Галилея насильственным — под действием силы тяжести. И наоборот, «насильственное» равномерное движение тела под действием якобы толкающей силы воздуха становится естественным, совершающимся без приложения силы. Сила требуется лишь для изменения этого движения. Следовательно, равномерное движение происходит по инерции. И Галилей широко пользуется принципом инерции, но толкует его еще так же «космически», как и Коперник: движение тела, на которое не действуют силы, есть движение по окружности. Прямолинейное же равномерное движение невозможно, поскольку оно бесконечно, а в природе ничто не может стремиться к недостижимой цели (это от Аристотеля!). Для оценки равномерного движения он вводит термин и понятие скорости (не применявшиеся в античной механике), не давая, правда, его точного определения, а лишь сравнивая скорости двух тел.
      Заметив, что падение тел происходит неравномерно, Галилей вводит понятие неравномерного движения, истинной (мгновенной) скорости его и «быстроты изменения скорости», то есть ускорения, утверждая, что для падающих тел оно постоянно (термин «ускорение» стал употребляться гораздо позже). Он теоретически устанавливает, что скорость падающего тела пропорциональна времени в первой степени (сначала он предполагал — пройденному пути, но потом сам исправил ошибку), а путь — квадрату времени. Он рассуждал так.
      Пусть сила тяжести в первую секунду сообщает телу скорост (...)
      Эти зависимости Галилей тщательно проверил экспериментально. Опыты проводились с бронзовым шариком, пускавшимся по прорезанному в наклонной плоскости желобу, устланному для уменьшения трения пергаментом. Время измерялось количеством воды, вытекавшей через тонкую трубочку из ведра. Но и при такой технике было получено точное значение ускорения свободного падения тел ?=9,81 м/с2.
      Как и Аристотель, Галилей размышляет над разным действием одинаковой силы тяжести падающего и давящего тела. Он приходит к выводу, что для забивания сваи на одинаковую глубину вес падающего груза должен быть в несколько раз меньше, но не может объяснить это явление. Через 50 лет подобные наблюдения приведут к делению сил на «живые» и «мертвые» и к знаменитому спору о двух мерах движения.
      В сочинениях Галилея термин «сила» не имеет ясного определения и применяется наряду с такими, как «момент», «импульс», «работа» и даже «энергия», принимая в разных задачах различные значения. Вместе с тем Галилей уже оценивает действие силы по сообщаемой телу за данное время скорости, то есть по ускорению, но, не зная понятия массы, не может правильно связать между собой эти величины Однако уже в 1644 г. Торричелли, уточняя галилеево толкование «момента», заменяет вес тела «количеством материи» — мерой ее инертности, а это в сущности и есть масса. Количество материи, по Торричелли, определяет «противодействие, оказываемое телом толчку; поскольку сама по себе материя мертва, она служит лишь для того чтобы препятствовать, противиться действующей силе. Материя служит лишь вместилищем силы, моментов и импульса». Правда, последние термины так же неопределенны, как и у Галилея.
      В своих исследованиях Галилей пользуется принципами суперпозиции (наложения) движений, независимости действия сил, относительности, инерции, возможных перемещений (возможных скоростей) и др. Особенно важно отметить последний, поскольку он постулирует сохранение работы. В применении к рычагу этот принцип известен в античном мире как «золотое правило механики» (сколько выигрываешь в силе, столько проигрываешь в перемещении), им пользовались Архимед, Герон, Стевин и другие ученые того времени. Но Галилей первым сформулировал это правило как общий принцип статики: «Когда наступает равновесие и оба тела приходят в состояние покоя, то моменты, скорости и склонность их к движению, т. е. пространства, которые они прошли бы в одинаковые промежутки времени, должны относиться друг к другу обратно их весам...» Окончательное обобщение этого принципа будет сделано в 1717 г. И. Бернулли.
      Таким образом, Галилей, разрушив механику перипатетиков и установив ряд правильных закономерностей и понятий, открыл путь к окончательному формированию этой области физики.
      Движению по этому пути будет способствовать все увеличивавшийся интерес к опытно-техническим исследованиям, для развития которых начали создаваться специальные научные общества — прообраз будущих академий наук. Так, в 1560 г. в Неаполе основывается Академия тайн природы (разогнанная вскоре по обвинению «в колдовстве»), в 1603 г. в Риме — Академия
      рысьеглазых, членом которой был и Галилей, в 1645 — 1660 гг. оформляется Королевское общество развития знаний в Лондоне, в 1657 г. организуется Академия опытов во Флоренции, в 1666 г. учреждается Академия точных наук в Париже и т. д.
      Начинают выпускаться сборники трудов, расширяется обмен между учеными. Наука обретает организационный фундамент, и ее главной задачей становится построение на нем действительной, полноценной системы знаний о реальной природе. А для этого нужен «проект» — методология познания мйра, без разработки которой дальнейшее движение невозможно, как невозможно и продолжение процесса формирования научных понятий...
     
      ТРОЕЦАРСТВИЕ
     
      Усилия на ложном пути множат заблуждения
      В XVII в. естествознание сбрасывает, наконец, оковы религии, схоластики, официальной догматической философии и становится на прочный фундамент экспериментирования и математизации — установления количественных зависимостей. Начинается углубленное изучение отдельных предметов и явлений природы, пока вне связи, вне взаимодействия их друг с другом — метафизически. В результате успехи науки намного превосходят все, что было сделано ранее, и в XVII в. продолжается научная революция.
      Стихийно складывающаяся новая, в основе своей материалистическая философия тесно связана с естествознанием и поэтому отличается теми же чертами. Ее важнейшая задача — сознательная разработка методологии науки, а значит, и понятий, включая энергетические.
      Когда говорят, что с Галилея физика начала оформляться в самостоятельную науку, то подразумевают не столько его открытия, сколько новый образ мышления, введенный им в процесс познания.
      Эксперимент у него — не самоцель. Он как бы венчает развитие мысли, служит критерием ее истинности или ложности. Чувственный опыт, рабочая гипотеза, математическая разработка ее и, наконец, сознательно поставленный эксперимент — такова логика научного исследования, которой придерживался Галилей. При этом он исходил из того, что книга природы «написана на языке математики, ее буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без помощи которых человеку невозможно понять ее речь...»
      Творцами новой философии и методологии естествознания стали англичанин Фрэнсис Бэкон (1561 — 1626) и француз Рене Декарт (1596 — 1650), хотя они пропагандировали различные методы, зародившиеся еще в Древней Греции и стихийно применявшиеся многими учеными. Бэкон разрабатывал индукцию — движение от результатов ряда частных опытов к широким обобщениям, а Декарт, будучи математиком, — дедукцию, то есть переход об общих идей и теорий к частным положениям и выводам, свойственный математике. Причем оба ученых не отрицали полезности и второго метода, но главную роль отводили своему.
      Бэкон первым заметил, что старые логические учения не соответствуют новым задачам не только потому, что они мало заботились о познании законов природы, но еще и потому, что понятия, к которым они относились, «были неправильно отвлечены от вещей». Поэтому необходим и надежный метод образования понятий. Ведь методы, рассчитанные на то, чтобы оперировать уже готовыми понятиями, не могут исправить коренные ошибки, возникшие при образовании этих понятий. Усилия же на ложном пути множат заблуждения. Мы хорошо это видели выше...
      Бэкон считал, что и эту задачу может решить индукция.
      К. Маркс и Ф. Энгельс называли Ф. Бэкона настоящим родоначальником английского материализма и вообще опытных наук новейшего времени.
      Бэкон родился в семье лорда — хранителя печати и получил юридическое образование в Кембридже и Париже. В 1604 г. он уже член Тайного совета, в 1615 — генерал-адвокат, в 1618 — лорд-канылер, в 1621 г. — барон Веруламский. Но на этом его карьера резко обрывается. В том же 1621 г. он был уличен во взяточничестве и отстранен от всех должностей, лищен титулов, осужден к заключению в Тауэр ц к уплате крупного щтрафа. Правда, король вскоре простил своего любимца, хотя к государственной деятельности больше уже не подпускал.
      Лорд-канцлер Англии в противовес аристотелевскому «Органону» в 1620 г. издает «Новый органон» («органон» — значит «орудие», в данном случае — орудие познания), где обрушивается на философию и логику Аристотеля, предлагая взамен свой метод познания для естественных наук.
      С высоты государственных постов Бэкон, вероятно, лучше других видел, что производство при капитализме становится массовым и удовлетворяющая его потребности наука должна стать повседневной работой многих людей со средними способностями. Поэтому он, скорее всего, и сосредоточивает внимание на создании метода, который бы «немного оставлял остроте и силе дарований, но почти уравнивал их». Проводя аналогию между новым научным методом и новыми техническими средствами, Бэкон пишет: «Голая рука и предоставленный самому себе разум не имеют большой силы. Дело совершается орудиями и вспоможениями, которые нужны не меньше разуму, чем руке. И как орудия руки дают или направляют движение, так и умственные орудия дают разуму указания или предостерегают его». Орудием ума в науке и должен был стать метод.
      Бэкон учит, что разум должен «очищать опыт» и извлекать из него плоды в виде законов природы. По его мнению, наука до сих пор творилась либо эмпириками, либо догматиками. Эмпирики, подобно муравьям, только собирали и использовали собранное. Догматики начинают прямо с разума и вытягивают содержание из самих себя, как пауки паутину. Правильный путь избирает лишь пчела: она извлекает материал, перелетая с цветка на цветок в садах и полях, но обрабатывает и переваривает его по-своему. Вот эта-то переработка и должна производиться методом индукции, то есть постепенным восхождением от частностей к малым аксиомам, от них к средним и, наконец, к самым общим. Критерием же истинности результатов должен быть только опыт.
      Бэкон тщательно разрабатывает «технику» индуктивного мышления. При этом он предупреждает, что правильному ходу индуктивных рассуждений могут мешать заблуждения разума — «призраки». «Призраки Рода» зависят от свойства интеллекта человека видеть в вещах больше порядка, чем есть на самом деле. «Призраки Пещеры» обусловлены привычками, воспитанием, знаниями. «Призраки Рынка» проистекают от неправильного словоупотребления. И наконец, «призраки Театра» являются следствием вымышленных теорий, они
      подразделяются на софистику, эмпирику и суеверие. Аристотелево учение Бэкон относит к софистике.
      Этот анализ трудностей умственной работы весьма современен — им занимаются психологи и сейчас.
      Чтобы помочь работе ученых, Бэкон составляет 24 группы «преимущественных примеров». Одна из них — «примеры Креста» — прочно вошла в науку со времен Ньютона как «решающие опыты», с помощью которых из соперничающих теорий выбирают более соответствующую фактам.
      Только первичная материя, по Бэкону, «является причиной всех причин», в том числе «специфических сил и действий». Однако увлеченный развитием и пропагандой своего метода, Бэкон мало внимания уделил непосредственно исследованиям, включая и те, в которых фигурировали бы понятия «сила», «работа», «энергия». Но его влияние на формирование последних было велико. Так, Ньютон, внесший вклад в решение этой задачи, признавал лишь индуктивный метод.
      Примером эффективности Бэконовского метода может служить определение сущности теплоты. После длинной цепи рассуждений, группируя факты в таблицы положительных и отрицательных «инстанций», а затем сопоставляя их в «таблице степеней и сравнений», Бэкон приходит к заключению, что «Тепло есть Движение распространения, затрудненное и происходящее в малых частях». Поскольку тело, отдающее теплоту, нисколько не теряет в весе, рассуждал Бэкон, постольку при нагревании не может быть передачи вещества, а так как все тела можно нагреть посредством трения, то возможность существования какого бы то ни было «теплового вещества» (частиц огня или позже «теплорода») исключается. Почти через 230 лет, изрядно проблуждав под действием «призраков Театра» в царстве теплорода, ученые откроют это определение, уточнив его в соответствии с новыми успехами науки. Удивительны и другие предсказания Бэкона: гипотеза о конечной скорости света, программа опытов по изучению сил тяготения и т. д.
      Даже Бэкон признавал дедукцию основой математики. Не удивительно, что выдающийся математик, основоположник аналитической геометрии Декарт стал апологетом дедуктивного метода. Но Декарт не только разрабатывал и пропагандировал свой метод, на его основе он построил последнюю всеобъемлющую натурфилософскую систему мира, которая как бы связывает между собой нерасчлененную науку древних с новой наукой, сложившейся после XVII в., перекидывая мост через многие столетия всевластия религии и схоластики.
      Великая историческая заслуга Декарта, писал выдающийся русский физик Н. А. Умов, состоит в создании «нового плана для разрешения вопросов знания... в борьбе со схоластическими теориями». «Перед мыслящим человечеством стояли уже не единичные факты, противоречащие общепризнанным воззрениям и не связанные с новыми — стоял воплощенный и одухотворенный образ точного знания, по силе, широте и определенности не уступавший старым учениям».
      Не сразу судьба вывела Декарта (по-латыни Картезиуса) на философскую дорогу. Отпрыск старинного дворянского рода, он в 16 лет заканчивает иезуитский коллеж, становится военным и в промежутках между учениями и сражениями ведет обычный разгульный и рассеянный образ жизни. Но вот, по его словам, 10 ноября 1619 г., когда в Баварии было холодно и он просидел весь день в комнате, видя вспышки молнии и слыша раскаты грома, в его голове сложилась мысль создать аналитическую геометрию и применить математические методы в философии. «Я... должен был отбросить как безусловно ложное все, в чем мог вообразить малейший повод к сомнению, — пишет он. — А что несомненно? С чего начинать? Где та истина, которая так тверда и верна, что самые сумасбродные предположения скептиков не смогут ее поколебать...?» Этой истиной стал принцип: «Я мыслю, следовательно, я существую». А раз я существую и ощущаю окружающий мир, то существует и он. Но тогда несомненно должен существовать и бог — кто бы иначе все это сотворил, — который создал материю и движение в каком-то определенном количестве (отсюда сами собою возникают «законы сохранения»). «Однако, несомненно, лучше для познания растений и человека следить за их постепенным развитием из семени, чем так как бог создал их в начале мира. Если мы в состоянии открыть некоторые принципы, простые и легко понимаемые, из которых, как из семени, могут быть выведены звезды, Земля и все, что мы находим в видимом мире, хотя бы мы знали, что они произошли иначе, — то таким способом мы объясним природу несравненно луч-ще, чем если будем описывать только существующее.
      Так как я полагаю, что мной найдены такие принципы, то я их изложу вкратце». Так Декарт, сохранив бога, открыл путь к познанию природы...
      В тот холодный баварский день, когда молодой повеса решил начать новую жизнь, он был современником 58-летнего английского лорда-канцлера Ф. Бэкона и 55-летнего итальянского «еретика» Г. Галилео. Внезапно пробудившийся интерес к философии заставляет его уединиться на целых два года для размышлений. Но вихри бушующих вокруг политических и военных событий подхватывают его, и только в 1624 г., по окончании чешского периода Тридцатилетней войны (1618 — 1648), он поселяется в Голландии и целиком отдается творческой работе. Труды по математике, «Правила для руководства ума», «Рассуждения о методе», «Принципы философии» и другие сочинения завоевывают ему признание у передовых ученых и вызывают злобу в стане церковников и схоластов. В 1649 г. он вынужден был переехать по приглашению шведской королевы в Стокгольм, где и умер от воспаления легких, не дожив до полных 54 лет.
      Как и Бэкон, конечную цель знания Декарт видел в господстве человека над силами природы, но в отличие от Бэкона, по классификации последнего, он был тем самым ученым-пауком, который «начинает прямо с разума и вытягивает содержание своей системы из самого себя как паутину».
      Декарт отрицает все доктрины, догмы, авторитеты, в особенности Аристотеля, и верит «лишь тому, что очевидно». Его дедукция состоит в расчленении сложных восприятий на их составляющие, пока последние не сведутся к простым и ясным «идеям». Как и Евклид в своей геометрии, он выдвигает несколько аксиом и на их основе строит систему выводов, приписывая им такую же достоверность, как и первичным аксиомам.
      Созданная богом и в целом неизменная материя претерпевает, по Декарту, «известные изменения в ее частях», присущих природе. Правила, по которым совершаются эти изменения, он и называет законами природы и ставит своей целью их установление. Но все изменения у него — суть механические перемещения материи, обладающей единственным свойством — «протяженностью, наделенной формой». «Дайте мне материю и движение, и я построю мир!» — восклицает Декарт. И он его построил в виде своей системы. Даже животные у него — сложные механизмы, а человек — совокупность механизма с «непротяженной душой», природа которой отлична от тела. И вместе с тем лучшим из того, что тогда было в механике — трудами Галилея, он пренебрегает. «В его книгах, — пишет Декарт, — я не вижу ничего такого, чему бы мог позавидовать или принять за свое». Вероятно, дело было в том, что Галилей ставил своей целью описание явлений, а Декарт — открытие их причин.
      По Декарту, Вселенная развилась из «тонкой материи» (ее опять назовут «эфиром»), заполняющей все пространство и находящейся в непрерывном вихревом движении. Как и Аристотель, он не признавал пустоты. В результате взаимодействий из частичек этой материи возникли частицы огня, воздуха и земли, различающиеся размерами и формой. Первые образовали материю Солнца и других светил, вторые — неба, третьи — Земли и планет.
      Узнав об осуждении Галилея за доказательство движения Земли, Декарт пишет в одном из писем Мерсенну: «...если движение Земли есть ложь, то ложь и все основания моей философии, так как они явно ведут к этому же заключению». Но чтобы сохранить расположение церкви, Декарт делает Землю в своей системе неподвижной относительно увлекающего ее вокруг Солнца вихря. Однако мысль о возможности существования других миров все равно привела к запрету его сочинений.
      Далее Декарт формулирует три основных закона — «правила» природы. Перед этим он впервые определяет равномерное движение как прямолинейное перемещение (у Галилея было круговое) тел без воздействия сил. Первое и третье «правила» выражают в совокупности закон инерции движения: всякое тело стремится сохранить величину и прямолинейное направление скорости.
      Второе «правило» гласит, что при переносе движения общее его количество сохраняется. Таким образом, Декарт первым вводит меру движения — событие выдающееся. Однако, определяя «количество движения» как произведение «величины тела» на скорость его движения, он делает сразу две ошибки: 1) под «величиной тела» чаще всего понимает вес вместо массы; 2) не учитывает направления скорости — векторного характера количества движения. Первую ему можно простить, ибо массы тогда не знал никто, вторая же удивительна для великого геометра.
      Ошибки эти сразу дали о себе знать в теории удара, которую Декарт сочинил умозрительно в дополнение к трем «правилам природы», поскольку взаимодействие в механике сводится к давлению, толчку или удару. При этом он забыл свои же слова, произнесенные при сравнении сил давления и удара всего за четыре года до этого: «Я не могу сказать, сколько тяжести требуется, чтобы сравняться с ударом молотком; ибо это вопрос факта, где рассуждение не ведет ни к чему без опыта» (курсив мой. — Г. А.). Так и получилось — при экспериментальной проверке из восьми правил удара семь оказались неверны. Помимо указанных ошибок, этому способствовала еще одна — он не учитывал разницы во взаимодействии упругих и неупругих тел.
      Декарт считал, что при соударениях любых тел арифметическая сумма скалярных величин количеств движения до и после удара должна сохраняться. Когда же простейшие опыты с биллиардными шарами показали, что это не так — сумма количеств движения и уменьшалась и увеличивалась в зависимости от знака и угла между векторами скорости, — он заявил, что причина этого кроется в ошибках измерений. Не мог же нарушаться главный натурфилософский принцип его учения — не-уничтожимость движения! Философ победил в нем геометра! (Но это лучше, чем если бы случилось наоборот.)
      Несмотря на отмеченные ошибки, провозглашение Декартом принципа сохранения движения и меры движения сыграло большую роль в формировании понятия энергии и открытии закона ее сохранения.
      Нельзя не отметить и тот факт, что, не зная еще понятия массы, Декарт уже различал «силу пребывать в покое» и «силу продолжать движение», первую из которых можно рассматривать как догадку об инертной массе тела, высказанную независимо и раньше Торричелли. Он ввел также важное понятие «импульс силы» — произведение величины приложенной к телу силы на время ее действия — Ft, равное количеству движения Ft = =лш и в наше время слившееся с ним.
      Поскольку материя у Декарта изначально движется, «силы» становятся не причиной, а следствием движения. Правда, это обычно происходит в случаях, когда «силы»
      выступают в значении работы или энергии. В результате движения и взаимодействия частичек «тонкой материи» и трех элементов возникают у него свет, тепло и тяготение. Например, тяготение к центру Земли Декарт объясняет тем, что, находясь в вихревом движении, частички тонкой материи удаляются к периферии, а более тяжелые частицы земли заполняют их место.
      Н. А. Умов пишет: «Картезианская точка зрения приводит к особому представлению об энергии. Подымая камень с поверхности земли, я запасаю в системе камень — земля работу, так называемую потенциальную энергию, которая проявляется и может быть взята из этой системы при падении камня на землю. Энергия, которою обладает тело в силу своего движения, есть энергия кинетическая. Таким образом в природе мы находим две формы энергии — потенциальную и кинетическую. С точки зрения современных картезианцев существует только одна энергия — кинетическая. Потенциальная энергия есть кинетическая энергия скрытых от нас движений».
      Таким образом, сила тяжести, как и любая другая сила, по Декарту, есть результат движения материи, а не свойство тела. Отождествляя «тонкую материю» с пространством, можно было бы сказать на современном языке, что тяготение у Декарта становится свойством пространства. У Гильберта и Кеплера сила тяготения была присуща самим телам, у Галилея (а затем и у Ньютона) она тоже не сводится к свойствам пространства и времени. Вместе с тем механицизм Декарта противостоял и атомизму, согласно которому именно атомы создают поля сил, а их скрытые движения объясняют все физические процессы. Важно еще отметить, что термин «сила» Декарт применяет в значении действия, то есть энергии или работы, широко используя принцип сохранения последней как закон, не нуждающийся в доказательстве. Декартова «сила» зависит от величины силы в современном ее значении (как меры взаимодействия тел) и от проекции пройденного пути на направление действия силы. Поэтому «сила», служащая для подъема груза, имеет оба эти измерения, а сила, служащая для его поддержания, — одно. «...Эти силы, — пишет Декарт, — отличаются друг от друга настолько же, насколько поверхность отличается от линии». В результате он «доказывает», что «сила», способная поднять груз в 2 кг на
      1 метр или в 1 кг на 2 метра, вдвое больше «силы», поднимающей груз в 1 кг на 1 метр, что в обоих случаях неверно, ибо здесь речь идет не о силе, а о работе.
      Отметим также, что Декарт не соглашался и с законами падения тел, открытыми Галилеем, ибо ему были чужды понятия ускорения и связь между силой и ускорением, хотя последняя вытекала из установленного им же равенства импульса и количества движения Fx=
      = тсо, то есть F=ma, где а = — и есть ускорение.
      И вместе с тем Декарт утверждал «с достоверностью, что камень не одинаково расположен к принятию нового движения или к увеличению скорости, когда он движется очень скоро и когда он движется очень медленно». Значение этой догадки оценил только в 1896 г. Н.А. Умов, предсказавший, что при скоростях, близких к скорости света, масса тел должна возрастать. Правда, Дж. Дж. Томсон независимо доказал это еще в 1881 г., теоретически рассмотрев движение заряженного шара. Это положение было развито Г. Лоренцем, а затем
      А. Эйнштейном до известного соотношения между энергией Е и массой т — Е=тс2, где с — скорость света.
      Итак, человеческая мысль все более разрывает сети заблуждений и все ближе подходит к выработке правильных энергетических представлений и понятий. И хотя Декарт, дав ряд общих идей, пренебрег разработкой деталей, его труды были еще одним шагом вперед в этом направлении.
      Учение Декарта быстро распространялось по Европе, сметая на своем пути остатки схоластики. Однако, выполнив свою полезную миссию, под напором новых наблюдений и исследований, оно терпит поражение за поражением и окончательно развенчивается отвлеченным от общих идей, но тщательно разработанным в деталях учением Ньютона.
      «В любых движениях тел ничего не теряется... из сил...»
      Президент Парижской академии наук Бернар Ле Бовье де Фонтенель, поставивший чуть ли не рекорд долголетия среди ученых (1657 — 1757), писал: «Декарт дал нам новый метод рассуждений, гораздо более привлекательный, чем сама его философия, большая часть которой или неверна или сомнительна — согласно тем же правилам, которым он нас учил».
      И он был прав. Только два ошибочных положения учения Декарта — о невозможности создать пустоту и определение количества движения как не имеющей направленности величины — приводили к такому числу абсурдных следствий, что развитие науки не могло продолжаться без их опровержения. Первое из них лишало полноты представления о силах тяжести и «легкости» и затрудняло их измерение, второе — запутало теорию удара, а с нею и объяснение ряда других явлений и остановило на полпути формирование понятий силы, количества движения и энергии.
      Уже Галилей знал из опыта флорентийских водопроводчиков, что «сила боязни пустоты» не может превысить веса столба воды высотой 10 м. Он предлагал использовать для ее измерения груз, отрывающий поршень от дна цилиндра, к которому он должен быть плотно пригнан. Вскоре Торричелли (1608 — 1647), изучая действие тяжести на жидкость, доказал, что скорость вытекания жидкости равна скорости падения ее с высоты h уровня в сосуде (со=У2gh). Торричелли же впервые доказал, что предельная высота «всасывания» воды в насосах соответствует атмосферному давлению (10 метров водяного столба), под действием которого происходит нагнетание воды.
      И наконец, в 1643 г. Торричелли и Вивиани, год назад стоявшие вместе у гроба учителя, проделали рекомендованный им знаменитый опыт с поршнем, заменив воду ртутью. В цилиндре образовалась пустота при высоте ртутного столба примерно в 14 раз меньшей, чем водяного; столб этот колебался в зависимости от состояния атмосферы. Так было доказано одновременно существование пустоты и атмосферного давления! Открытие пустоты ожидалось давно и было встречено довольно спокойно. Атмосферное же давление казалось невероятным: как человек может не чувствовать, что на его плечи постоянно давит сила в тысячу килограммов?!
      Однако картезианцы твердили, что торричеллиева пустота — это «пространство с разреженным воздухом». Опыты продолжил француз Блез Паскаль (1623 — 1662), короткая жизнь которого была блистательна: занимаясь физикой всего 3 — 4 года, он навечно вписал свое имя
      в ее историю, а уйдя в монастырь и издав в 1657 г. «Письма провинциала» — памфлет против иезуитов, выдержавший 60 изданий, положил начало новой французской литературе.
      Убедившись на собственных опытах в правильности результатов Торричелли, Паскаль осуществил идею Декарта об измерении атмосферного давления на разных высотах. Оказалось, что с подъемом в гору столбик ртути в барометре понижается... Казалось бы, больше спорить не о чем, но Декарт заявил: «Вакуум существует лишь в голове Паскаля!»
      Паскаль, как и многие до него, тоже часто пользуется понятием «работа». При этом он распространяет его, а вместе с ним и принцип возможных перемещений, на жидкости. Во всех простых машинах — рычаге, блоке, бесконечном винте — «путь увеличивается в той же пропорции, как и сила», в гидростатике же «совершенно безразлично, заставить ли 100 фунтов воды пройти путь в один дюйм или один фунт воды — путь в 100 дюймов», — писал Паскаль. Пользуясь этим принципом, он независимо и более четко и широко, чем Бенедетти, Стевин и Галилей, формулирует закон равного давления жидкостей на стенки сосудов, закон сообщающихся сосудов, принцип гидравлического пресса и другие положения гидростатики.
      Огромная величина атмосферного давления настолько противоречила «здравому смыслу», что вопросом заинтересовались даже члены Баварского рейхстага и сам курфюрст. 8 мая 1654 г. уже упоминавшийся выше бургомистр О. Герике проделал перед ними сенсационный опыт. Он откачал воздух между двумя плотно прилегающими медными полушариями диаметром примерно 0,3 м, и две упряжки по 8 лошадей с трудом разделили эти полушария со звуком взрыва.
      И наконец, знаменитый химик Роберт Бойль, проведя множество опытов сам и обработав данные других, установил обратно пропорциональную зависимость между удельным объемом воздуха и его давлением при постоянной температуре {р&\=р&г).
      Так прояснилось представление еще об одном виде сил — упругостных, или «пневматических», и расширилось представление о силе тяжести. Оказалось, что весит не только камень, но и «невесомый» воздух.
      Огромный вклад в процесс формирования понятий «сила», «импульс» и «энергия» сделал Христиан Гюйгенс (1629 — 1695), исправивший прежде всего вторую ошибку Декарта в теории удара.
      В 1668 г. Лондонскому Королевскому обществу пришлось объявить конкурс на решение проблемы удара. Правильные ответы прислали математик Д. Уоллес — для центрального удара двух одинаковых неупругих шаров, архитектор К. Рен и... юрист X. Гюйгенс — для упругих шаров. Гюйгенс решил эту задачу еще в 1652 г., но воздерживался от публикации, не желая огорчать отца, считавшего Декарта непогрешимым. Двадцатитрехлетний юрист показал, что в трактовке Декарта «количество движения, которое имеют два тела, может увеличиваться или уменьшаться при столкновении; но его величина остается постоянной в ту же сторону, если мы вычтем количество движения обратного направления». Иными словами, сохраняется лишь векторная величина количества движения. Так, философский принцип Декарта о «сохранении движения» приобрел, наконец, -правильное количественное выражение (впрочем, не совсем, поскольку понятие массы все еще остается расплывчатым).
      Многочисленные интуитивные намеки на существование принципа сохранения «силы» — энергии приобретают у Гюйгенса более определенное рациональное очертание и широту. Исследуя законы качания маятника, он исходит из правила: «В движении тел, происходящем под действием их тяжести, общий центр тяжести этих тел не может подняться выше первоначального положения». Близкие к этому высказывания делались Галилеем, Торричелли, Стевином и другими. Но далее Гюйгенс пишет: «Если бы изобретатели новых машин, напрасно пытающиеся построить вечный двигатель, пользовались этой моей гипотезой, то они легко бы сами осознали свою ошибку и поняли, что такой двигатель нельзя построить механическими средствами». А за два года до смерти он расширяет формулировку «гипотезы»: «В любых движениях тел ничего не теряется и не пропадает из сил, разве только в определенном действии, для осуществления которого требуется такое же количество силы, какое убыло; силой же назовем потенцию, необходимую для поднятия груза; двойная сила (Р) может поднять груз на вдвое большую высоту» (h)f то есть Pihi=P2h2. Поскольку P — mgh-*- потенциальная энергия тяжести, то здесь уже почти дана формулировка закона сохранения энергии в механике, отсутствует лишь в явной форме кинетическая энергия.
      Однако и ее можно ввести сюда, если вспомнить, что из законов Галилея (...) Тогда — у- закон сохранения «живых сил»
      (этот термин позже введет Готфрид Лейбниц), то есть кинетической энергии. Этот-то закон, хотя еще и не в окончательном виде и сформулировал Гюйгенс для упругого удара в дополнение к закону сохранения количества движения: «При соударении двух тел сумма произведений из их величин (опять не хватает понятия массы. — Г. А.) на квадраты их скоростей остается неизменной до и после удара». При этом наряду с тсо2 у него иногда фигурирует величина уу , обоснованная только через 177
      лет Кориолисом.
      Интересно, что к этому же выводу для упругого удара пришел и Рен, а Уоллес показал, что при неупругом ударе тсо2 не сохраняется (так как «живая сила» при деформации — смятии шаров частично передается внутренним элементам материала).
      Итак появляется вторая мера движения и начинается знаменитый спор о том, какая правильнее — «спор о двух мерах движения».
      Важнейшую роль в обобщении установленных положений механики и в формировании понятий силы и массы сыграло сочинение Гюйгенса «О центробежной силе» (1703) Здесь впервые исследовано движение, происходящее под действием силы, отличающейся от силы тяжести, и сделан еще один шаг после Галилея к открытию связи между силой и ускорением. Сила натяжения нити оказалась пропорциональной ускорению, с которым двигается груз, оторвавшись от нее. Гюйгенс вводит более четкое, чем до него у Бенедетти и Декарта, представление о центростремительной и центробежной силах, относя их к той же категории, что и сила тяжести, то есть еще более обобщая понятие сиды. Это позволяет ему, используя рассуждения Галилея для свободно падающих тел применительно к телам, движущимся по кругу, получить формулу центростремительной силы (...)
      Он показывает также, что наличие центростремительной силы превращает аристотелевское круговое равномерное движение из «естественного», инерционного в «насильственное», центробежная же сила, растягивающая нить, становится инерционной силой.
     
      Силы живые и мертвые, активные и пассивные
      В исправление второй ошибки Декарта и развитие правильного толкования закона неуничтожимое движения немалый вклад внес немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 — 1716).
      Почитатель Декарта и приверженец Гюйгенса, он не мог не включиться в спор о двух мерах движения. В 1686 г. Лейбниц выступает с трактатом «Краткое доказательство примечательной ошибки Декарта и других относительно закона природы, согласно которому бог всегда сохраняет одно и то же количество движения и которым неправильно пользуются, между прочим, в механической практике». Здесь и в последующих трудах он развивает взгляды Гюйгенса о векторном характере количества движения и принципе сохранения «живых сил» (этот термин он введет в 1692 г.), расширяя последний до всеобщего закона природы.
      Лейбниц пишет: «Неверно... сводить все многообразие природы к чистой механике. Подтверждение этого я вижу в основном законе природы, который состоит не в сохранении одного и того же количества движения, но в том, что необходимо сохранять одно и то же количество деятельной силы... одно и то же количество двигательной деятельности, которое означает совсем не то, что понимают картезианцы под количеством движения» (курсив мой. — Г. А.). Вот как близко подошла человеческая мысль к открытию закона сохранения энергии за 160 лет до его окончательного утверждения! Ведь «деятельная сила» и «двигательная деятельность» это, по существу, энергия. И лишь отсутствие представлений и данных о многообразии форм движения в природе, без чего этот закон лишается смысла, не позволило сформулировать его раньше. Поэтому здесь чрезвычайно важно отметить отказ Лейбница от картезианского всемирного механицизма. Его же слова о «многообразии природы», не сводимом только к механическим явлениям, можно рассматривать как догадку о многообразии и взаимопревращае-мости форм движения. Это подтверждается и его толкованием кажущейся потери «живой силы» при неупругом ударе «мягких тел», установленной еще Уоллесом. «То, что поглощается мельчайшими атомами, — пишет Лейбниц, — не теряется безусловно для вселенной, хотя и теряется для общей силы сталкивающихся тел». Об этом же свидетельствуют и его упорные попытки доказательства закона постоянства «живых сил» во всех известных ему явлениях.
      Содержание понятия силы как некоего деятельного начала у Лейбница близко к картезианскому. Однако мерой этого начала он признает только произведение /по2, являющееся мерой сил, производящих движение (отсюда «живая сила»). Декартову же меру движения (...)
      его мнению, она является мерой сил, которые не производят движения, а обладают только стремлением к нему: силы сжатой пружины, силы тяжести покоящегося тела и т. п.
      Выражение moo2 и постоянство этой величины он обосновывает, как и Гюйгенс, рассматривая падение тел и соударение шаров и так же теряя двойку в знаменателе.
      Лейбниц отвергает закон сохранения картезианской скалярной меры движения, которая в некоторых случаях даже возрастает, допуская таким образом возможность создания вечного двигателя (что он считает абсурдом), и формулирует «закон сохранения направления», или «движения вперед». Он пишет: «Кроме изложенного выше закона природы, по которому сумма сил остается неизменной, существует другой, не менее общий и не менее согласный с разумом закон: в телах, связанных друг с другом, а также во всей природе общее количество направления остается неизменным». Сумма «направлений» — это геометрическая сумма векторов количеств движения, а закон — это закон сохранения количества движения в исправленном виде.
      Таков подведенный Лейбницем итог спора о двух мерах движения на этом этапе. Полемика между сторонниками Декарта и Лейбница продолжалась еще несколько десятилетий. Среди многих выступлений для нас примечательны высказывания сторонника Лейбница крупнейшего ученого И. Бернулли. Любопытно, что в письме к Пьеру Вариньону 24 января 1717 г. он уже пользуется термином «энергия» для обозначения произведения силы на проекцию пути на направление силы. Вспомним, что аналогичная величина уже фигурировала у Декарта под названием «сила», выражая работу. В 1735 г. И. Бернулли пишет: если бы «величина живых сил, единственный источник непрерывности движения в природе, не могла бы быть сохранена, и, следовательно, не было бы равенства между действующей причиной и ее результатом», «вся природа впала бы в беспорядочное состояние». И сразу вслед за этим, в 1738 г. его брат Даниил выводит знаменитое «уравнение Бернулли», выражающее закон сохранения энергии применительно к стационарному движению несжимаемой жидкости.
      Вскоре, однако, видный французский ученый и философ Даламбер, анализируя спор о мерах движения, попытается свести его к «спору о словах, недостойному внимания философов». По его мнению, формально обе меры движения (механического!) эквивалентны, если «живую силу» отнести к пути, а «мертвую» — ко времени. Однако это не сняло существа качественных различий между ними, ставшего ясным только после открытия других форм движения и их взаимопревращаемости.
      Через много лет Ф. Энгельс так резюмировал борьбу между сторонниками двух мер движения: «... тсо — это механическое движение, измеряемое механическим же т м2 движением; — это механическое движение, измеряемое его способностью превращаться в определенное количество другой формы движения».
      Таким образом, движение характеризуется как сохранением количества движения — импульса, так и сохранением энергии. Соотношение же между этими величинами определяется соотношением свойств пространства и времени, о чем речь впереди. В поисках источников сил Лейбниц выдвинул идею о монадах — нематериальных, неделимых, самодеятельных субстанциях, лежащих в основе всего. Бог у него был монадой монад.
      В. И. Ленин писал, что Лейбниц «через теологию подходил к принципу неразрывной (и универсальной, абсолютной) связи материи и движения... Монады = души своего рода... А материя нечто вроде инобытия души или киселя, связующего их мирской, плотской связью».
      Развивая свою теорию монад, Лейбниц делит силы на активные и пассивные. Активная сила — душа материи, присущая ей склонность к движению, пассивная сила — это сила сопротивления, или инерция. От природы все монады наделены обеими силами, но активная сила начинает действовать после того, как удаляется препятствие, ее сдерживающее. Так, например, тетива лука, отпущенная рукой, толкает стрелу. Природа сил является для Лейбница нематериальной и непознаваемой.
      Как видим, Декарт исключил из материальной системы мира силу как первоначальную причину движения, перводвигателем у него был бог, а силы возникали как результат движения материи; Лейбниц, наоборот, в силе увидел истинную сущность материи.
     
      «Силы» врожденные и приложенные
      Когда в холодном Стокгольме в феврале 1650 г. доживал свой недолгий век великий Декарт, в туманном Альбионе уже бегал в сельскую школу болезненный мальчик, который через два десятка лет не оставит камня на камне от его учения. И начнет он с того, что отвергнет основу картезианства — метод. «Я гипотез не измышляю!» — гордо заявит он, выражая свой протест против беспочвенных домыслов и фантастических построений крайних картезианцев. За основу своей методологии он примет индукцию, не отрицая совсем дедуктивные умозаключения, но ставя их на второе место. И конечно, он не сможет не «измышлять» гипотез, ибо без них нет науки, но он станет немедленно подкреплять их опытами и выражать в математической форме, продолжая дело, начатое Галилеем и прерванное картезианцами. Так он заложит фундамент современной физики... Но отсюда же возьмет начало и «ньютонианство» — течение, всерьез стремившееся «изгнать гипотезы из физики»; на его базе возникнет реакционная школа «чистого описания» явлений без проникновения в их природу, близкая к философам-идёалистам Ёеркли и Маху, считавшим сущность вещей непознаваемой.
      Следуя своему принципу, он не будет признавать ни сохранения движения или количества движения, как Декарт, ни сохранения «живых сил», как Лейбниц. Он будет религиозен, и его учение, «необходимо приводящее к признанию высшего существа, которое все создало и свободно устроило» (Вольтер), значительно легчё уживется с религией, чем учение Декарта с творцом материи и движения богом.
      Этим мальчиком был Исаак Ньютон (1643 — 1727), проживший долгую жизнь, за которую он занимался и Математикой, и оптикой, и механикой, и астрономией, и химией, и теплотой, и даже историей и богословием. Однако к концу жизни сказал: «Я не знаю, чем кажусь мирумне же самому кажется, что я был только мальчиком, играющим на берегу моря и развлекающимся тем, что от времени до времени находил более гладкий камешек или более красивую раковину, чем обыкновенно, в то время как великий океан истины лежал передо мной совершенно неразгаданный».
      Он творил в одно время с Гюйгенсом, Лейбницем, Бойлем, Гуком и великим реформатором России Петром I. Сподвижника Петра Меншикова Ньютон, уже будучи президентом Королевского общества, принимал в его члены. А за два года до смерти Ньютона Меншиков с Екатериной I торжественно открыл учрежденную еще Петром Петербургскую академию наук. Ломоносову в год смерти Ньютона исполнилось 16 лет, и лишь через три года покинул он Холмогоры, чтобы начать восхождение по каменистым и обрывистым тропам российской науки.
      Ньютон вырос в семье ниже среднего достатка. По окончании школы в городке Грантаме его принимают в 1660 г. в Тринити-колледж Кембриджского университета. Как неимущему студенту, ему приходится прислуживать членам колледжа, что угнетает его, и утешение он находит в учебе, дававшейся очень легко. Он самостоятельно изучает труды Декарта, Уоллеса, Кеплера, Галилея, Гука, Гюйгенса и за семь лет получает все степени и звания, присваивавшиеся в этом колледже. В 26 лет он уже возглавляет кафедру математики.
      К этому времени, как мы видели, накопилось немало научных данных, число ученых резко увеличилось, и многие из них подходили — когда ощупью, а когда и сознательно — к установлению важных зависимостей. Уважение к ученым росло, и самым удачливым из них стали перепадать почести и материальные блага. Начинается борьба за приоритет.
      В эти годы, особенно во время пребывания (с 1664 по 1667 г.) из-за эпидемии чумы в родной деревушке ВульсТорП, Ньютон подготавливает свои великйе открытия: разложение белого цвета на семь составляющих и объяснение цветов; «метод флюксий» — дифференциальное исчисление (одновременно и Независимо ойо было разработано Лейбницем); закон всемирного тяготения и приведение в законченную сйстСМу МехаНикй.
      Считалось, ЧТо цвета образуются сМеЩенйеМ белОгО й Черного цвета. Правда, еще в 1648 Г. профессор медицины в Праге М. Марци НаблЮДаЛ с пЬмощьЮ ПриЗМЫ разложение белого Цвета, Но не дал правильного объяснения этоМу яйлейиЮ. Ньютон же На основании опытов, ХоТЯ И вопреки «ЗдраВоМу смысЛу», усТайовиЛ, что сам белый цвет возникает в результате сЛОженйя Красного, Оранжевого, ЖеЛТого, зеленого, голубого, сИНего И фиолетового цветов, отличающихся показателем Преломления. Сделав из этого ошибочный Вывод о невозможности устранения в приборах с линзами хроматической аберрации — окрашенности изображения, он своими руками построил новый тип телескопа с тщательно отшлифованными вогнутыми зеркалами. Телескоп был отправлен в Королевское общество, где его рассмотрела комиссия и опробовал... король. 11 января 1672 г. Ньютон стал членом этого общества, а уже в феврале оно опубликовало в своих «Выпусках» его трактат о природе света.
      В ответ поднялась буря протестов (никто не верил в открытие, столь противоречившее привычным представлениям), в которых принял участие даже дававший санкцию на публикацию академик Роберт Гук... Потрясенный этой реакцией, Ньютон просит исключить его из общества и отказывается отвечать на статьи и письма. После же нового трактата о свете в 1675 г. и новой полемики Ньютон поклялся, пока жив Гук, ничего больше не публиковать. «...Я убедился, что либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия».
      Но вскоре разразился новый скандал — из-за приоритета в открытии закона всемирного тяготения. К его установлению приближались Кеплер, Роберваль, Борел-ли, но только в 1673 г. Гюйгенс, выведя формулу центростремительной силы, открыл путь к установлению количественных зависимостей. В этом направлении стали работать три члена Королевского общества — Гук, Галлей и уже известный нам Рен.
      Роберт Гук славился способностью быстро схватывать актуальные проблемы века и проникать в их сущность. В 1674 г. в сочинении «Опыт доказательства движения Земли из наблюдений» он дал почти полную теорию тяготения.
      Через несколько лет Эдмунд Галлей на основе третьего закона Кеплера пришел к выводу, что сила притяжения Солнца тоже должна уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния планет от него, и пытался определить их пути. Не сумев этого сделать и не получив помощи от Гука и Рена, он поехал к Ньютону, у которого с удивлением обнаружил не только уже готовое решение, но и еще немало важных материалов. Галлей предложил немедленно опубликовать их, но Ньютон, боясь новых споров и скандалов, только в 1686 г. представил их в Королевское общество. Гук немедленно заявил, что Ньютон использовал его результаты. Ньютон ответил резким письмом Галлею, указав, что Гук сам черпает свои данные у Борелли, а возможно, и у него, поскольку еще в 1673 г. он писал о законе обратных квадратов Гюйгенсу через Королевское общество, секретарем которого был Гук. Наконец конфликт уладили, и в 1687 г. труд Ньютона в трех книгах вышел в свет под названием «Математические начала натуральной философии». В нем упоминались имена Гука, Рена и Галлея. Первые две книги посвящены классической механике, в третьей законы механики применяются для описания системы мира — это небесная механика, неизбежно затрагивающая интересы официальной христианской идеологии. Ньютон долго не соглашался на издание третьей книги. 22 мая 1686 г. он писал: «Третью книгу я намерен теперь устранить, философия — это такая наглая и сутяжная дама, что иметь с ней дело — это все равно, что быть вовлеченным в судебную тяжбу».
      В механике Ньютон упорядочил результаты своих предшественников и обобщил законы, уже применявшиеся в частных случаях.
      Для нас важно отметить, что он впервые четко отделил величину массы т от величины веса P=mg (гдeg — ускорение свободного падения). Вес окончательно стал эквивалентным понятию силы. Однако определение массы у него получилось тавтологическим и стало предметом споров, длившихся целое столетие. Дело в том, что мир, по Ньютону, состоит из «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц», и его качественное разнообразие есть результат различий в движении частиц. Это ярко выраженный механицизм. Поэтому и масса у него есть мера количества материи, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее — т=ру. Получалось, что масса определяется через плотность — р, хотя плотность есть... масса в единице объема р = — V
      Теперь массой называют меру инертности тела, характеризующую быстроту изменения его скорости под действием данной силы, что ближе, как мы видели, к определению «величины тела» у Торричелли и Декарта.
      Далее Ньютон определяет количество движения, как произведение массы тела на его скорость, считая эту величину векторной. Как и Декарт, он сводит все формы движения к механическому и даже не ставит вопроса о возможности превращения механического движения в другие формы, о чем говорил уже Лейбниц. Вопреки же Декарту он считает, «что в мире не всегда имеется одно и то же количество движения... Движение может получаться и теряться. Но благодаря вязкости жидкостей, трению их частей и слабой упругости в твердых телах, движение более теряется, чем получается, и всегда находится в состоянии уменьшения... Мы видим, поэтому, что разнообразие движений, которое мы находим в мире, постоянно уменьшается и существует необходимость сохранения и пополнения его посредством активных начал» (к «активным началам» он относил и тяготение). В последней фразе — уже чувствуется намек на закон возрастания энтропии.
      Ньютон ввел понятие массы, и дальше механика позволяла ему оперировать величиной силы, обходя ее физический смысл (Даламбер в 1743 г., а Генрих Герц в 1891 г. попытаются построить механику вообще без понятия силы, но из-за сложности их теории не получили признания). Тем не менее Ньютон стремится дать и качественную характеристику силам. Он делит их на «приложенные» и «врожденные». Первые «есть действия,
      производимые над телами, чтобы изменить их состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Иными словами, «приложенная сила» является причиной неравномерности или криволинейности движения. Она не расходуется (как «сила» Декарта или Лейбница) и может действовать на неограниченное число тел в течение неограниченного времени, но по прекращении действия она не остается в теле, которое сохраняет приобретенное им состояние только за счет инерции. Таким образом, по Ньютону, движущее начало находится вне самой материи, отделено от нее. Отсюда и появляется возможность говорить о возникновении и исчезновении движения. «Врожденная» же сила есть присущая материи «способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Это, по существу, сила инерции, пропорциональная массе.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ