Geum.ru

Научно-популярное приложение «Большой взрыв» Выпуск 7 Содержание

Вид материалаРеферат
Подобный материал:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
     Древнегреческие понятия целого, космического порядка, гармонии означают, что в Универсуме вещи распределены или должны быть распределены в определенном порядке, что их локализация не безразлична ни для них самих, ни для Космоса, что каждая вещь обладает в Универсуме своим собственным местом, соответствующим ее природе. Рациональную картину этого Космоса представил в своих философских трактатах Аристотель. Реконструируя эту картину, особое внимание мы должны сконцентрировать на аристотелевской трактовке движения.
     Движение в аристотелевской физике – это состояние временное. Однако хотя движение для каждого тела или, по крайней мере, для тех из них, которые доступны человеческому опыту, – феномен временный и эфемерный, но для мира в целом данный феномен вечен и необходим. Что касается последнего, то, согласно аристотелевскому учению, все движется, но ничто не движется само по себе, то есть всякое движение предполагает наличие двигателя. Переходя от одного движущегося двигателя к другому движущемуся двигателю, мы в конечном итоге приходим к неподвижному перводвигателю, который выступает в роли первой (конечной) причины всего изменчивого, всего движущегося.
     Характеризуя аристотелевское понятие движения, можно сказать: движению Аристотель придавал значительно более широкий смысл, чем принято было в физике со времен Галилея. Аристотель понимает под движением любое количественное или качественное изменение, благодаря которому явление реализуется. Такое широкое понимание движения позволяет ему утверждать, что в природе все есть движение. Частному понятию изменения положения тела с течением времени он дал наименование локального движения, а локальные движения он разделял на естественные и насильственные.
     Основной тезис аристотелевской динамики выражается довольно кратко: отбросьте причину и движение прекратится. В случае «естественного» движения такой движущей причиной будет сама природа тела, его форма, но форма не в обыденном смысле слова современного человека, а в аристотелевском (форма как активное начало). Эта «форма» постоянно стремится к «своему» месту. Наоборот, движение, которое совершается вопреки природе тела, для своего осуществления нуждается во внешнем двигателе – причине насильственного движения.
     В динамике Аристотеля движение тел обусловлено действием некоторой силы и сопротивлением среды. Причем, скорость тела прямо пропорциональна действующей на него силе и обратно пропорционально сопротивлению среды. Отсюда следует, что в пустоте, где сопротивление среды отсутствует, скорость стала бы бесконечно большой. Таким образом, мгновенное движение казалось Аристотелю совершенно невозможным. К этому присовокупляется и другое соображение, учитывающее несовместимость понятий «места» и «пустота». В гомогенном пространстве геометрии все «места» подобны друг другу и перемещение в нем не имеет ничего общего с изменением, а согласно Аристотелю, всякое движение есть процесс изменений. В пустоте не существует не только естественных мест, в ней вообще нет мест. В пустоте нельзя выделить никакого предпочтительного направления – ни вверх, ни вниз, ни вправо, ни влево. Следовательно, пустоты нет в нашем ограниченном, чувственно данном мире. Поэтому движение брошенного тела возможно постольку, поскольку среда, стремясь заполнить «место», оставленное движущимся телом, проникает в него и тем самым побуждает тело двигаться дальше.
     Если кратко суммировать традиционные аргументы, выдвигаемые противниками Аристотеля, то они могут быть разделены на две группы. Аргументы первой группы сводятся к тому, что предположение, согласно которому большие и тяжелые тела движимы благодаря реакции воздуха, является невероятным. Аргументы второй группы подчеркивают противоречивый характер утверждения, согласно которому воздуху приписывается двойственная роль – сопротивления и движущей силы.
     Теория бросания тел как способ истолкования сущности движения никогда не пользовалась всеобщим признанием главным образом потому, что она была неприемлема с точки зрения «здравого смысла». Почему, говорили противники аристотелевской динамики, не предположить, что движущая сила переходит в движимое тело, что она «проникает» в него и тем самым заставляет его продолжать движение. Эта сила имела различные наименования (virtus motiva, virtus impressa, impetus, impetus impressus).
     В сочинении «Различные математические и физические рассуждения», изданном в Турине в 1585 году, видный представитель физики «импето» («импетус») Дж. Бенедетти, считавший, что аристотелевская теория броска не имеет никакой научной ценности, следующим образом объяснял механизм движения тел. Всякое тяжелое тело, писал Бенедетти, которое движется естественно или насильственно, обладает в самом себе импето (impetus), и при отделении его от двигателя оно продолжает двигаться благодаря самому себе в течение некоторого промежутка времени.
     Что собой представляет импето как движущая сила, внутренняя причина движения?
     По мнению Бенедетти, на этот вопрос трудно ответить, ибо импето – это некоторый род качества, силы или свойства, как бы «втиснутое» в движущееся тело, которое его «пропитывает» в момент соединения с двигателем. Это есть также некоторое состояние, которое движущееся тело приобретает тем больше, чем более продолжительное время оно находится в контакте с двигателем.
     Объяснение, данное Бенедетти, представляется весьма смутным. Но это, по крайней мере, не должно нас удивлять, потому что понятие импето действительно смутное и неопределенное. По существу оно представляет собой лишь перевод в научные термины концепции, основанной на повседневном опыте, на данных здравого смысла.
     В эпоху Средневековья сторонники динамики импето долго и безуспешно спорили относительно его реального статуса в физическом мире. Они пытались протащить понятие импето в аристотелевскую классификацию, толкуя импето как некоторого рода «форму» или как некоторый род качества наподобие теплоты (Гиппарх). Эти средневековые дискуссии доказывают лишь весьма туманный характер теории, которая явилась прямым продуктом здравого смысла. Тем не менее здесь не все так просто и однозначно, как это может показаться современному критику, высокомерно взирающему на ученых минувших эпох. Поэтому имеет смысл обратиться к самой истории вопроса, а не к его позднейшим критическим интерпретациям, подчас малообоснованным.
     Важный этап в истории критического мышления связан с деятельностью талантливого английского философа Уильяма Оккама (1295–1349), отрицавшего некоторые важные положения теологической доктрины Томаса Аквинского. По мнению Оккама, движущееся тело не необходимо нуждается в непрерывном физическом контакте с тем, что его движет. Примером может служить магнит. Отсюда делался вывод о возможности вакуума. В связи с этим Оккам оживляет теорию импето Джона Филопона, который заимствовал ее у мусульман. Оккам соглашается с Филопоном, что стрела может лететь через вакуум (в противоположность Аристотелю).
     Аристотелевская традиция провозглашала, что сила движения существует в медиуме, в посреднике (воздух или вода), где имеет место движение. Медиум обладает способностью двигать, хотя сам не движется. Медиум играет важную роль в аристотелевской теории движения. Он оказывает сопротивление движению. Это сопротивление преодолевается посредством приложения постоянной силы, ограничивающей ту скорость, которая может быть достигнута. Если вакуум в природе возможен (а это Аристотель категорически отрицает), то движущееся тело могло бы достигнуть бесконечной скорости, поскольку ему ничего не препятствовало бы. В этом особом случае медиум выполняет две функции: во-первых, его сопротивление приводит движущееся тело к состоянию покоя; во-вторых, воздействие замедляет движение после прекращения действия силы.
     Альтернатива аристотелевской теория движения окончательно оформилась только в XIV столетии под эгидой понятия «импето».
     Теория импето не нуждалась в понятии пустого пространства, поскольку она отрицала пустое пространство. Данная теория была первым важным шагом в осмыслении и объяснении всех изменений в природе.
     Дискуссия вокруг теории импето была продолжена в Оксфорде Уолтером Барлеем (1275–1357), Ричардом Сайсетом (?–1345) и Уолтером Хейтесбари (1330–1371). Однако в Англии теория импето довольно быстро сдала свои позиции и к XV веку вновь восторжествовала аристотелевская физика.
     В Париже XIV столетия теория импето развивалась прежде всего Жаном Буриданом (ок. 1300 – ок. 1358), который в 1327 году стал ректором Парижского университета. Буридан выдвинул весомые аргументы против Аристотеля, считавшего, что тело движется благодаря вытеснению воздуха. Напротив, французский философ полагал, что именно импето является той силой, которая поддерживает движение.
     Надо заметить, что со времен античности совершенное круговое движение было бесспорным космологическим принципом, в соответствии с которым строилась научная астрономия.
     Величайшей фигурой теоретиков импето Парижской школы был Николай Орезм (ок. 1323–1382), который оживил идею, что Земля вращается вокруг своей оси.
     Решающий вклад в ниспровержение аристотелевской теории движения сделали именно Буридан и Орезм. Впрочем, свой научный принцип они скорее адоптировали, а не изобрели, поскольку опирались на опыт англичан. Суть данного принципа заключается в следующем: покой является нормальным состоянием материи, а движение является возможным, но неустойчивым состоянием нашего мира. Этот принцип иллюстрировался на примере нагревания, а именно: тела находятся обычно в таком же температурном состоянии, как и их соседи, но если температура некоторых из них выше сравнительно с окружающими телами, то такое нестабильное состояние уравновешивается только постепенно. Иными словами, движущееся тело приобретает импето подобно тому, как нагреваемое тело становится жарче, и теряет его постепенно. Это приобретенное импето является причиной остаточного движения. И только тогда, когда запас приобретенного импето истощается, тело приходит в состояние покоя.
     Хотя идея импето была преимущественно связана с качественной характеристикой материи, поскольку в ней многое было от аналогии с теплотой, тем не менее она сыграла очень важную роль в механике импето, которая, не став магистральной дорогой в развитии физики, в разных формах оказала достаточно плодотворное влияние на процесс становления нового физического мировоззрения.
     Таким образом, можно с полным правом утверждать, что Буридин, Орезм и их единомышленники, приверженцы теории импето, заложили начало триумфу механики XVII столетия, триумфу ньютоновской теории универсальной гравитации, поскольку идея импето стимулировала революцию во взглядах на природу движения и, что еще более важно, стимулировала изменения взглядов на естественный порядок вещей в материальном мире. Дело в том, что понятие движения от Платона и Аристотеля до средневековых философов было вплетено в некое подобие анимистической философии природы, предписывающей «поведению» вещей нечто божественно разумное. Надо было разрушить этот анимизм, и здесь свою положительную роль сыграла теория импето, приписывающая инертной материи свою собственную способность к движению, которая не нуждается в божественном вмешательстве. Вот почему это было действительно важным шагом в направлении создания новой механики и соответствующей ей теории движения.
     Особо следует подчеркнуть, что представители теории импето были благосклонно расположены к идее о том, что Вселенная может быть бесконечной в пространстве и могут существовать другие миры, подобные нашему. Такого рода идеи стали едва ли не центральными в сочинениях кардинала Николая Кузанского (Николай Кребс, 1401–1464), который также считал, что Земля вращается вокруг своей оси.
     Защитники теории импето составляли меньшинство в средневековых университетах Европы. Их взгляды не получили широкого распространения. Большинство ученых следовало ортодоксальной христианско-аристотелевской теории, в частности развиваемой Томасом Аквинским, согласно которой Вселенная конечна, а Земля находится в неподвижном состоянии в центре Универсума. К XV веку теория импето почти сошла на нет, хотя некоторые ее отголоски мы находим в начале XVI века.
     Концепция движения, которая опирается на физику импето, всецело отлична от концепции Аристотеля. В схоластической интерпретации движение не выглядит как процесс актуализации «формы». Однако оно все еще трактуется как изменение и как таковое нуждается в объяснении посредством использования понятий «сила» или «определенная причина». Таким образом, импето производит движение; оно движет тело. Но в то же время импето играет другую важную роль, а именно: преодолевает сопротивление окружающей среды.
     Согласно Галилею, тяжелые тела размещаются в центре мира или близко от него в виде концентрических кругов. В своей критике аристотелевского понятия естественного движения (даже там, где Галилей принимает естественный характер движения) он возражает против естественного характера движения вверх. И делает это Галилей не только потому, что все тела являются тяжелыми и поэтому движение вверх всегда является насильственным, но еще и потому, что оно не обладает естественным пределом. Нельзя вечно спускаться вниз, но можно неограниченно двигаться вверх. Это представление Галилея о Космосе является свидетельством глубокой эволюции галилеевского философского мировоззрения. Для Галилея существует центр Универсума, но вместе с тем великий итальянец ощущает, что космическая сфера при научном подходе к ее пониманию расширяется, становится бесконечной, теряя свою сферообразность. Этого достаточно для того, чтобы пространство приобретало все более гомогенный характер, теряя всякие следы античного Космоса как некоего организма.
     Необходимо подчеркнуть следующее: если в астрономии Николай Коперник (1473–1543) и Иоганн Кеплер (1571–1630) боролись против Клавдия Птолемея (ок. 90 – ок. 160), то оппонентом Галилея выступал Аристотель как философ. Иными словами, если Земля движется в космическом пространстве, то вся аристотелевская физическая теория космологии оказывается безосновательной. Сокрушая Аристотеля, Галилей фактически сокрушал и аристотелизм Аквината, тем самым невольно замахиваясь на религиозную идеологию, что было чревато большими неприятностями.
     Сегодня принцип движения по инерции кажется нам совершенно очевидным. Мы почти автоматически считаем, что никто и никогда не думал иначе. Однако это совсем не так. Данный принцип стал очевиден для нас благодаря Галилею и Декарту, тогда как для античных греков и людей Средневековья он казался совершенно неприемлемым и абсурдным.
     Галилеевское понятие движения (так же, как и понятие пространства) кажется нам настолько естественным, что мы верим даже в то, что закон инерции происходит из опыта и наблюдений, хотя совершенно ясно, что никто и никогда не мог наблюдать бесконечное движение по инерции в силу той простой причине, что такое движение абсолютно невозможно.
     К этому можно добавить следующее. Галилей не был астрономом в прежнем смысле слова. Он никогда не интересовался традиционными процедурами позиционной астрономии. Как философски мыслящий ученый, он применял к исследованию природы новую астрономическую технику (преимущественно своего собственного изобретения) для понимания и объяснения вопросов космологии.
     С галилеевской точки зрения вопросы, которые исследователь может задавать природе, являются плодотворными тогда, когда они являются не случайными, а теоретически обоснованными. Только в этом случае посредством эксперимента можно получить недвусмысленный ответ на поставленный вопрос. Ошибочно предполагать, что подобная познавательная позиция не имела место раньше, но начиная с Галилея эта методологическая позиция становится главной опорой науки Нового времени. Так, сравнивая взгляды Галилея и Фрэнсиса Бэкона (1561–1626), мы обнаруживаем, что Бэкон рассматривал эксперимент как своеобразное лекарство от невежества, тогда как Галилей рассматривал эксперимент как способ проверки научного знания, подтверждающий наши теоретические выводы. Однако сам Галилей, как отмечают многие ученые, никогда не делал подобных экспериментов, предпочитая иметь дело с мысленными экспериментами. Функция этих мысленных экспериментов заключалась не в демонстрации нового факта, а в установлении согласия между опытом и идеей, которая предшествует данному опыту.
     С известной степенью упрощения можно сказать, что современная наука появилась на свет тогда, когда достигла уровня «технологической саморефлексии», то есть уровня понимания роли технических инструментов в научном познании окружающего мира. Первыми проблесками этой саморефлексии был галилеевский телескоп, со свидетельствами которого не хотели считаться даже некоторые близкие друзья Галилея, поскольку не готовы были принять новый смысл научной деятельности, новый образ науки. Чтобы взглянуть в телескоп, требовалось быть не только гениальным ученым, но и ученым нового толка, верящим в опытное знание. Иными словами, Галилей не только использовал технику для подтверждения своих теоретических взглядов, но и был первым, кто сделал важный и решительный шаг, придав технике большую значимость для теоретических обобщений, одновременно технологизировав научное знание, то есть нацелив его на технически оснащенный опыт, что предполагало использование новых методов научного познания.
     Сущность и революционный характер эксперимента в научном познании не сводится к вопросу о пресловутой Пизанской башне, с верхушки которой, согласно сомнительным историческим легендам, бросали тяжести с целью определения скорости падения вещей различного веса. Бросали или не бросали эти тяжести – неважно. Важное другое: мы знаем, что для проведения точных измерений падения тел Галилей использовал в своих опытах как маятник, так и наклонную плоскость. Это были чуть ли не самые первые эксперименты в новой науке. Они отличались от экспериментов схоластов XIII столетия главным образом тем, что были скорее исследовательскими, чем иллюстративными, и в еще большей степени – своим количественным характером, позволившим связать их с математической теорией.
     Конечно, не следует слишком преувеличивать заслуги Галилея в оценке познавательных возможностей эксперимента. Галилей занимал промежуточную позицию в отношении своих собственных опытов, говоря, что проводит их не

для того, чтобы убедиться самому, но чтобы убедить других. Тем самым Галилей сохранял известную верность традиции, превозносящей силу разума как такового в познании окружающего мира. В этом смысле его опыты были скорее демонстрацией, чем экспериментом. Однако, проводя опыты и получая неожиданные для себя результаты, Галилей интуитивно схватывал то, что его опытные демонстрации содержат в себе эвристический момент, привносящий в теоретические доказательства дополнительный смысл. Так или иначе учитывая этот эвристический момент опытного познания, он вынужден был вносить исправления в логику деятельности разума, невольно лишая эту деятельность прав на абсолютную автономию и диктат по отношению к чувственному опыту. Благодаря этому вырисовывалась тенденция превращения эксперимента в особый научный аргумент, приближающийся по силе убедительности к процедурам логико-математических доказательств.
     Предание эксперименту доказательной силы было возможно не по субъективным соображениям «взбалмошного» Новатора, а потому, что алгебраизация математических доказательств, осуществленная талантливым французским математиком Франсуа Виетом (1540–1603), позволила усмотреть некоторый изоморфизм между механикой и алгоритмами логико-математических доказательств. Связь математики с механикой нашла свое воплощение в экспериментальном понимании опыта, где математика материализовалась в технологии механистического типа. Поэтому Галилей по праву считается основоположником научной техники.
     Галилеевское возвышение рационально планируемого опыта и эксперимента обусловлено еще и тем, что он объявил войну догматическому мышлению, слепо полагающемуся на авторитеты. Отрицая бездумно принимаемые авторитеты и в первую очередь непогрешимость авторитета Аристотеля, Галилей возвышал значение систематического наблюдения. Античное разграничение «знание–мнение» получило в его работах новый смысл, а именно: «мнение» в виде эмпирического знания было не противопоставлено теоретически достоверному «знанию», а рассмотрено как первая и необходимая ступень научного познания. В связи с этим Галилеем было высказана смелая мысль об относительности научной истины, ограниченной историческим временем и несовершенством нашего познания. Характерно, что любимым афоризмом Галилея, повторенным затем Фрэнсисом Бэконом, был афоризм: «Истина – дочь времени». Соответственно этому утверждалось, что истина раскрывается постепенно, добывается с помощью экспериментов и математических вычислений, а не посредством схоластического цитирования «непогрешимых» текстов.
     Воззрения Галилея находились в серьезном противоречии со схоластической традицией, так как Галилей, протестуя против субстанциализации качеств, лишил мир всех качеств вообще, поскольку те не поддавались математической интерпретации. Тем самым Галилей настолько радикально рвал с аристотелезирующим естествознанием, гипертрофирующим качества, что сам впадал в противоположную крайность, как бы гипостазируя количества. Из многообразия субстанциальных форм-качеств мир превратился в алгебру. В построении Декарта количественная точка зрения достигла своего апогея.
     Итак, математизируя Природу, Галилей и Декарт были вынуждена упразднить понятие качества, рассматриваемое в аспекте восприятия чувственно данного мира. С упразднением чувственного восприятия в роли свидетеля качественного многообразия мира упраздняется и соответствующий источник познания, в результате чего главным источником математически однородной в своей основе Природы объявляется не просто интеллектуальное (теоретическое) познание, а такое интеллектуальное познание, которое имеет априорный характер в смысле «внеопытного» (внечувственного) познания, отрицающего научную ценность субъективно-чувственного познания. Характерно, что первоначально априорное познание не рассматривалось как нечто «врожденное» человеку; оно лишь противопоставлялось апостериорному (эмпирическому) познанию как познание количественно измеримых закономерностей. Следовательно, единственно надежным и объективным источником собственно научного знания является знание a priori, то есть теоретическое знание, позволяющее нам строить геометрически точную картину Вселенной, чье качественное многообразие – всего лишь дань несовершенству наших органов чувств, не способных проникнуть в сокровенную суть вещей и адекватно ее выразить в языке чувственных образов.