Домашний любимчик Зенона

Подарок Парменида ученику

От Демокрита с Пифагором и Парменида с Зеноном, через Аристотеля с Птолемеем, — к Галилею с Ньютоном, — идеология механического движения развивалась, чтобы наконец достигнуть фантастического (в смысле: вдохновляющего на создание научно-фантастических рассказов) уровня в эйнштейновской специальной теории относительности. И хотя такие понятия, как скорость, расстояние и время кажутся нам чем-то само собой разумеющимся, на деле человеческой мысли пришлось пройти немалый путь, чтобы они стали доступны каждому школьнику.

Древние греки Парменид с Зеноном, жившие в городе Элея, вообще утверждали, что движения, как такового нет, это просто иллюзия. Они считали противоречивой саму идею тел, находящихся в пустоте и двигающихся в ней.

Кстати сказать, как это часто бывает, идеи, впоследствии признанные ложными, и в этот раз сыграли большую роль в развитии науки. Парменид был одним из первых, кто потребовал логических доказательств для любого утверждения, — вне зависимости от того, что показывают нам органы чувств. Чувственный опыт может быть иллюзорным, утверждал он, и был, конечно, прав. Его ученик Зенон, следуя по стопам своего учителя, использовал доказательство от противного, как мощный инструмент для развенчания идей атомистов и пифагорейцев о вещах, двигающихся в содержащей их пустоте. Его апории, к примеру «Стрела», «Ахиллес и черепаха», ставили в тупик не одно поколение древнегреческих философов. Кстати сказать, до сих пор, если в случае «Ахиллеса и черепахи» теория бесконечных рядов и готова прийти современным философам на помощь, то в случае «Стрелы» не всякий из них найдет, что ответить.

К счастью для науки, окончательной победы разума над здравым смыслом элеатам добиться не удалось. К примеру, Диоген, по анекдотам, не поленился вылезти из знаменитой бочки и просто поднял их на смех, начав ходить перед доказывающим невозможность движения Зеноном.

Атомисты же утверждали, что существует пространство, под которым они понимали пустоту, и в ней находятся все предметы, начиная с атомов, и заканчивая планетами и звездами. Тела перемещаются в пустоте, которая никак на них не действует. Кое-кто из них дошел даже до предположений о существовании хаотических флуктуаций – самопроизвольных малых отклонений от предопределенного причинностью движения. Как видим, молекулярно-кинетическая теория XIX века мало что добавила к философским идеям двухтысячелетней давности.

Аристотель пошел средним путем, объявив, что и элеаты, и атомисты ошибаются. С одной стороны, он признал пустоту нонсенсом, не влезающим ни в какие ворота, с другой стороны – не стал спорить с очевидностью движения, как Парменид. При этом он достиг поразительной ясности предвидения, и, опередив свое время на добрые две тысячи лет, можно сказать, полемизировал с ньютоновской механикой! Доказывая противоречивость идеи пустоты, Аристотель своими словами изложил первый закон Ньютона, — в качестве примера, к каким абсурдным следствиям эта идея приводит. Действительно, если тело движется в пустоте, то совершенно непонятно, почему оно должно вдруг остановиться именно здесь, а не в другом месте. Следовательно, оно вообще не остановится, а будет двигаться до бесконечности, пока наконец во что-нибудь не уткнется. Это казалось ему такой дикой бессмыслицей, которой даже софисты себе представить не смогли бы.

Будучи отцом научного метода, первым систематизатором и классификатором, Аристотель не преминул применить свой подход и к движению. Результаты своих размышлений он изложил в книге с кратким, но пафосным названием «Физика». В ней великий философ дал наиболее полный анализ всех известных к его времени взглядов на движение. Сам он разбил движение на виды: естественное и искусственное. Естественное происходит само по себе, так как всем предметам мира назначены определенные места, к которым они и стремятся. Тяжелая земля – вниз, легкий огонь – вверх. Искусственное движение обязано иметь движущую причину. Главным же, основным видом движения во вселенной он признавал вечное, бесконечное, непрерывное и неизменное движение небесных тел по кругу. Движение по прямой, считал Аристотель, не может быть бесконечным, так как конечен сам мир, и, следовательно, двигаться по прямой бесконечно нельзя: рано или поздно придется развернуться и лететь обратно. И все же до конца непонятно, почему закон инерции казался ему таким шокирующим абсурдом.

Со вторым законом Ньютона Аристотель расправился не менее жестко, чем с первым, признав силу причиной не ускорения, а скорости. Вполне «логично»! Ведь если тело не может двигаться само по себе по инерции, то значит, что-то всегда должно его двигать. Здесь, конечно, ему пришлось заняться подгонкой опытных данных под положения теории и наоборот. Скажем, вот как он объяснял тот факт, что брошенный камень, уже выпущенный из руки, продолжает лететь сам по себе. Это воздух, увлеченный движением, продолжает толкать камень. Пустоты Аристотель не желал признавать ни в каком виде – ни в реальности, ни в возможности. Любое движение чем-то вызвано, а воздействие, по его мнению, передается только при непосредственном соприкосновении. Необходимость в каждом случае движения иметь движущий агент привела Аристотеля к идее перводвигателя, от которого движение последовательно передается всему остальному в мире. В средние века его обычно помещали за пределы видимого мира – его задачей было вращать «сферу неподвижных звезд».

Жаль, конечно, что Аристотель не видел съемок лунных экспедиций, или как ведет себя капля воды с пузырьками воздуха в ней — на орбитальной станции. Так или иначе, но его взгляды господствовали в науке на протяжении двух тысяч лет. Пока, в итоге, Галилей не набрался смелости и подверг резкой критике крупнейший авторитет в мире науки. Его опыты не оставили камня на камне от средневековой механики, — и в итоге открыли прямую дорогу Ньютону с его законами.

Какие именно это были опыты? Упомянем здесь только знаменитый эксперимент с Пизанской башней. Оказалось, что тяжелые тела падают вниз не быстрее легких. Отсюда следовало, что неверна идея о «естественном» движении всех тел к предназначенному им месту (тяжелым – внизу, легким – вверху).

Далее Галилей основательно поработал над теорией и вывел принцип относительности движения. Он убедительно показал, что человек, например, находящийся в закрытой каюте корабля, не в состоянии определить, движется корабль с постоянной скоростью или нет: все тела, брошенные в разные стороны с одинаковой скоростью, будут лететь на одно расстояние, капли будут капать строго вертикально, а аквариумным рыбкам не будет сложнее плыть в одну сторону, нежели в другую. Так Галилей опроверг возражение древних против движения Земли вокруг своей оси. Если Земля крутится, то почему мы этого не замечаем? – спрашивали они. Надо сказать, что уже древние греки знали примерный размер Земли, и легко могли посчитать скорость вращения ее поверхности. Мысль о том, что можно двигаться с такой скоростью (около полукилометра в секунду) и не замечать этого, просто не укладывалась у них в голове. Если Земля так быстро движется, почему нам навстречу не дует чудовищный ветер – спрашивали они? Теперь все это объяснялось тем, что воздух просто движется с той же скоростью, а потому относительно нас он покоится…

Следует здесь отметить еще и вклад Кеплера – его идея эллиптических орбит для планет, позволившая гелиоцентрической системе Коперника гораздо точнее описывать движение небесных тел, можно сказать, забила последний гвоздь в гроб геоцентрической системы мира, на которой держались идеи Аристотеля.

И вот, в конце концов, Ньютон сформулировал законы механики примерно так, как мы их сейчас учим в школе: в отсутствии внешних сил тела сохраняют свою скорость, ускорение порождается силой и прямо пропорционально ей, а «сила действия равна силе противодействия». Для объяснения движения небесных тел он предложил закон всемирного тяготения, сила которого обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Надо сказать, что за этот закон современники критиковали его вполне в духе Аристотеля: каким образом воздействие передается через пустоту? – спрашивали они. На это Ньютон отвечал, что его дело было описать движение, а уж какова причина, заставляющая тела двигаться именно так, будь она материальна или нематериальна (!), — он предоставляет судить читателям своих трудов. Таким образом, он был, пожалуй, близок к идеализму в физике, и допускал (по крайней мере, как один из вариантов), что движение тел может подчинялось идее как таковой.

Ньютон не остановился даже перед тем, чтобы заявить о существовании абсолютного пространства – чисто мыслимого, независимого от материи, и абсолютного времени – текущего вне зависимости от движения тел. Здесь он, получается, невольно пнул лежачего, то есть древних атомистов! Ведь это еще они утверждали, что понятие пространства не имеет смысла без тел (так как пространство это просто совершенно пустая пустота), а время невозможно само по себе, без движения тел, из-за которого и возникает сама идея продолжительности процессов. Однако, уже самому Ньютону пришлось признать, что нет никакой возможности экспериментально проверить, существуют ли абсолютные пространство и время в действительности, да и решение задач что с ними, что без них нисколько не изменится… Надо ли говорить о том, что идеи атомистов в ХIХ-ХХ веках с триумфом вернулись в науку, — в связи с созданием молекулярно-кинетической теории, а также специальной и общей теорий относительности Эйнштейна? Но это уже тема для другой статьи.

Общим же во всех вышеназванных идеологиях механического движения была глубокая убежденность их создателей (не всегда ясно осознанная) в том, что мир устроен по определенной идее, которой и обязан следовать. На долю ученого-теоретика при этом остается лишь угадать эту идею, исходя из куцых экспериментальных данных своего времени: как бы по нескольким кусочкам головоломки-пазла угадать, что на нем изображено. А дальше все уже будет гораздо легче. Достаточно просто предписать всему миру — следовать этой идее, — и дело сделано.

Поэтому, немудрено, конечно, что каждый раз все новые экспериментальные факты рушили одну парадигму за другой. «Пазл» постоянно оказывался гораздо большим, чем мы думали, а угаданная гениальным ученым картинка – только его малым фрагментом. И не видно, почему эйнштейновская специальная теория относительности должна быть лучше других. Так что сенсационные результаты экспериментов со сверхсветовыми нейтрино очень обнадеживают. Будем ждать развития событий… Заметим также, что с каждым разом период «затишья» в науке от одной до следующей «революции» становится все короче. И следовательно у нас есть шанс дожить не только до зарождения и расцвета какой-нибудь пост-эйнштейновской физики, но и до ее заката и появления чего-нибудь сейчас уже совсем непредсказуемого, что придет и ей на смену. Если дело пойдет так и дальше, то родоначальники новой парадигмы не будут успевать получить нобелевскую премию – до того, как их теориям придут на смену новые, получше…

Итак, в связи с нейтринными экспериментами нам осталось обсудить только, что такое свет, и почему его роль так велика в теории относительности Эйнштейна.

GD Star Rating
loading...
Развитие идеи движения в физике, 9.7 out of 10 based on 3 ratings

Добавить комментарий