Галилей и отрицатели науки - Марио Ливио Страница 12

Не стану тратить даром слов и спущусь из своей башни: Мне придется подчиниться порядку, царящему ныне в городе, Пускай страдая и собрав всю силу воли! Но клянусь, что в жизни не надену тогу, Словно какой-то профессор-фарисей: На это я не соглашусь даже за золотую корону.

В общем, Галилею в Пизе удавалось сводить концы с концами несмотря на ничтожное жалованье в 60 скудо в год – следствие весьма малопривлекательного положения математиков того времени. (Для сравнения: философ Якопо Маццони получал в том же университете в десять с лишним раз больше.) Смерть отца в 1591 г. возложила на Галилео огромное финансовое бремя, поскольку он был старшим сыном. Поэтому Галилей стал добиваться места в Падуанском университете и в 1592 г., к счастью, получил его – жалованье ученого утроилось. Престижная кафедра оставалась вакантной с кончины прославленного математика Джузеппе Молетти в 1588 г., и университетская верхушка проявила большую разборчивость при поиске преемника. Галилей удостоился места в огромной мере благодаря активной поддержке неаполитанского гуманиста Джованни Винченцо Пинелли, чья библиотека в Падуе, в то время крупнейшая в Италии, являлась центром интеллектуальной жизни, а его настоятельная рекомендация имела колоссальный вес. Пинелли открыл для Галилея двери своей библиотеки, где ученый получил доступ к неопубликованным рукописям и лекционным записям по оптике. Все это пригодится Галилею в последующей работе с телескопом.

Галилей впоследствии будет описывать годы, проведенные в Падуе – городе, о котором Шекспир писал: “Славная Падуя, колыбель искусств”, – как лучшее время своей жизни. Это, без сомнения, объяснялось, прежде всего свободой мысли и активным обменом информацией между всеми учеными Венецианской республики, частью которой являлась Падуя. Это были и годы “обращения” Галилея в коперниканство.

Сегодня каждый исследователь знает: нельзя ожидать, что результаты эксперимента точно подтвердят любое количественное предсказание. Статистические и систематические погрешности (спектр значений, вероятно включающий реальное значение) закрадываются в любое измерение, из-за чего иногда трудно даже с первого взгляда определить существующие паттерны. Эта установка противоречит ориентации древних греков на предельную точность утверждений. Живя в период, когда были невозможны точные измерения времени, Галилей на начальном этапе изучения движения столкнулся с серьезными трудностями. Кроме того, его исследования часто прерывались, поскольку примерно с 1603 г. он испытывал боли из-за ревматоидного артрита, иногда настолько сильные, что был прикован к кровати. Изнуряющие проблемы со здоровьем преследовали Галилея, по словам его сына, “около сорока лет жизни вплоть до кончины”.

Тем не менее с 1603 по 1609 г. [55] Галилей разработал ряд оригинальных методов изучения движения; к работам тех лет восходят и некоторые его революционные открытия в механике [56]. Намного позже, в “Беседах”, Галилей описал как проблемы, с которыми столкнулся при рассмотрении и анализе свободного падения тел, так и свои блестящие решения. В частности, ему пришлось преодолеть казавшуюся неразрешимой экспериментальную трудность: необходимо было установить, одинаковы или различны скорости предметов разного веса, находящихся в состоянии свободного падения в относительно краткие промежутки времени. Галилей писал:

При малой высоте [с которой сбрасываются различные тела] могут возникать сомнения, отсутствует ли разница вообще [в скорости тел или точного времени их удара о землю], или разница существует, но является ненаблюдаемой. Поэтому я счел нужным обдумать, каким образом многократно повторить падение с малых высот и собрать множество данных о ничтожно малых различиях во времени, возможно имеющихся между достижением подножия тяжелым телом и легким, чтобы, собранные воедино подобным образом, они составили бы время, не просто наблюдаемое, но легко наблюдаемое [57].

Это была поразительная догадка. В эпоху, предшествовавшую формулировке статистических методов, Галилей понял, что если один и тот же эксперимент повторяется много раз, то можно выделить результаты и достоверно продемонстрировать даже мелкие различия. Однако гениальному замыслу этих экспериментов еще предстояло появиться. Галилей искал способ замедлить свободное падение, или “ослабить” гравитацию, чтобы падение длилось дольше и стало проще для измерения, обеспечив достоверность наблюдаемых различий. Затем его озарило: “Я также подумал о том, чтобы спускать движущиеся [предметы] по наклонной плоскости, слегка приподнятой над уровнем горизонта. На ней, не менее чем на вертикали, можно наблюдать, что происходит с телами разного веса”. Иными словами, свободное падение шара можно считать предельным случаем качения шара вниз по наклонной плоскости, если плоскость вертикальна. Как показывают расчеты Галилея, пуская тела скользить (и катиться) по плоскости, наклоненной под углом всего в 1,7°, он сумел существенно замедлить движение, настолько, что можно было делать надежные измерения.

С точки зрения его метода получения нового знания имеется один интересный момент, который нам следует осознать применительно к экспериментам Галилея в механике: его исследования направлялись по большей части теорией или рассуждением, а не чем-либо иным. По собственным словам ученого в трактате “О движении”, необходимо “всякий раз прибегать к рассуждению, а не к примерам (поскольку мы ищем причины следствий, а причины не даются нам посредством опыта)”. Примерно 350 лет спустя великий астрофизик-теоретик Артур Эддингтон выразит ту же мысль: “Очевидно, утверждение не может быть проверено наблюдением, если не является предположением о результатах наблюдения. Таким образом, каждая крупица знания в физике должна являться предположением о том, что стало или явилось бы результатом выполнения определенной процедуры наблюдения” [58].

В то же время в астрономических открытиях Галилея главную роль играли наблюдения. Иногда науки развиваются благодаря результатам экспериментов, предшествующих теоретическим объяснениям, а иногда за счет того, что теории дают предсказания, позднее подтверждаемые (или отвергаемые) путем эксперимента или наблюдения. Например, с 1859 г. было известно, что орбита Меркурия не вполне отвечает предсказанию, сделанному на основе теории тяготения Ньютона. Теория общей относительности Эйнштейна, опубликованная в 1915 г., объяснила аномалию. В то же время общая теория относительности предсказала, что путь света дальних звезд должен искривляться или отклоняться от Солнца под определенным углом. Это предсказание было впервые подтверждено наблюдениями, сделанными во время полного солнечного затмения в 1919 г., и повторно подтверждено многочисленными последующими наблюдениями. Кстати, Артур Эддингтон возглавлял одну из команд наблюдателей в 1919 г.