лайнеру для кругосветного путешествия достаточно одних суток. Космический корабль «Восток» промчал Гагарина вокруг земного шара всего за полтора часа… А сегодня школьники уже делают проекты фотонных и плазменных космических кораблей, которые уйдут в космическое плавание со скоростью, близкой к скорости света…
Корабли — морские, воздушные, космические, — сколько их на счету у человечества! Где-то в славной череде кораблей-первопроходцев затерялся скромный и почти забытый корабль. Он не открывал новых земель, не находил сокровищ, не совершал пиратских набегов, даже не существовал в действительности, но он проложил путь науке. Без него не состоялся бы полет Гагарина, Армстронг не ступил бы на Луну, на поверхности Венеры не оказались бы советские космические лаборатории, которые за завесой непроницаемой облачности фотографировали таинственный венерианский пейзаж. Этому кораблю суждено плыть вечно — не старятся его паруса и корпус, ибо весь он соткан из идей, а движет его воображение. Создав этот корабль, Галилей пригласил на него единомышленников и оппонентов, и с тех пор вахту за вахтой несут на нем поколения учащихся и ученых. И так будет вечно.
На этом корабле человечество совершило рывок в понимании законов движения. В умении прокладывать путь к другим мирам. Именно с этого никогда не плававшего по морям и океанам корабля, словно со стартовой площадки, поднялись в космос спутники и приборы, направляемые к планетам. На этом воображаемом корабле были вычерчены первые путевые карты космических путешествий и осознана гениальная находка Галилея — принцип относительности, который утверждает: законы природы не меняются, если от начальной (принятой за таковую) системы координат — будь то корабль, планета, звезда — перейти к другой, обладающей относительно первой равномерным поступательным движением, движением по инерции.
Этот принцип поясняет, почему те представления о мире, которые человек составил себе, экспериментируя на Земле, универсальны. Законы, которые он вывел, наблюдая мир со своей планеты, отражают общие законы, правящие Вселенной. На них можно положиться потому, что движение Земли в течение коротких интервалов времени очень мало отличается от простого движения по инерции.
Галилей не только провозглашает этот принцип, но дает простые формулы — «преобразования Галилея», — позволяющие ученым увязывать события, происходящие в разных системах, объединенных законом инерции. Но прежде чем понять этот принцип, заложенный в природе, прежде чем построить свой корабль, Галилей долго и упорно изучал всевозможные виды движения: свободное падение, движение по наклонной плоскости, качание люстр и маятников… Галилея справедливо называют творцом экспериментальной науки. Он первым сделал эксперимент основным орудием познания и научил этому других. Конечно, и до него некоторые ученые дополняли наблюдения природы специально поставленными опытами. Исследовали явления природы не в обычных естественных условиях, а в искусственной «тепличной» обстановке, в которой изучаемое явление развивается по возможности без помех, а сопутствующие процессы не затрудняют или не очень осложняют задачу наблюдателя. Предтечей экспериментальной физики был Стевин, но он не воспитал учеников и из-за стечения обстоятельств и влияния языкового барьера не имел непосредственных последователей. (Он писал свои труды по-фламандски — на языке малого народа, неизвестного большинству людей.) Другие ученые тоже ставили отдельные опыты, но это были лишь грубые пробы, результаты которых казались очевидными.
Галилей был виртуозным экспериментатором и широко применял свое искусство. Он активно воевал со схоластикой и засильем перипатетиков — последователей Аристотеля, похоронивших материалистические корни античной науки и ограничивших свою деятельность словопрениями, бесконечным пережевыванием догматов. Галилей считал важнейшей задачей ученого осмысливание и математическую обработку наблюдений, ибо природа, говорил он, «написана на языке математики, ее буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без помощи которых человеку невозможно понять ее речь: без них — напрасное блуждание в темном лабиринте». Переводя результаты опыта на язык математики, Галилей приступает к их математической обработке. И он уверен, что результаты, полученные таким путем, будут подтверждены последующими опытами, «потому что наши рассуждения должны быть о чувственном мире, а не о бумажном мире».
…к миру Чувственному
Таков метод Галилея: опыт, рабочая гипотеза или математическая модель, математическая разработка, а затем опытная проверка результата. Этим методом ученые пользуются поныне и не предполагают заменять его другим.
Толчком мыслям, которые привели Галилея к этому методу, было будничное наблюдение времен его юности. В 1583 году, будучи 19-летним студентом, Галилей обратил внимание на постоянство периода качаний лампад в церкви и на то, что лампады на более длинных подвесах качаются медленнее, чем снабженные короткими подвесами. Он пришел к заключению о том, что маятники одинаковой длины качаются одинаково и что все это несовместимо с учением Аристотеля о падении тел.
Галилей знакомит своих студентов с мысленными опытами: «Я представил себе мысленно два тела, равных по объему и весу, как, например, два кирпича, которые начинают падать с одинаковой высоты в один и тот же момент… Но если представить себе эти кирпичи в процессе падения соединившимися и столкнувшимися вместе, то который же из них… удвоит скорость другого?..» Ответить на этот вопрос не мог ни один из последователей Аристотеля, утверждавшего, что тяжелые тела падают быстрее легких. А ведь два кирпича, согласитесь, тяжелее одного…
Но перипатетика не убеждает ни мысленный опыт, ни реальный. А кроме того, сбрасывая пушечные ядра различной величины с Пизанской башни, экспериментатор не мог с бесспорной надежностью установить различие или совпадение времени их полета. Да и Аристотель не давал способа оценить и предсказать величину ожидаемой разницы. Поэтому малейшую, даже воображаемую разницу моментов приземления перипатетики толковали в свою пользу.
Молодой Галилей понимал, что не в силах человеческих замедлить движение свободно падающих тел, чтобы тем самым облегчить наблюдение и уменьшить погрешности опыта. И он нашел гениальный выход. Он придумал, как смоделировать уменьшенную силу тяжести. Не зная о работах Стевина, он интуитивно, еще не владея законом разложения сил, решил заменить свободное падение тел их скольжением по наклонной плоскости. Ему пришлось столкнуться с мешающей силой трения, но это его не беспокоило. Галилей изготовил гладкую наклонную плоскость и смазал ее маслом, чтобы уменьшить трение. Оставшимся трением он решил пренебречь. Все тела — большие и малые, легкие и тяжелые — теперь спускались с нее за одинаковое время. Это время зависело от угла наклона. Чем выше подпорка, на которой лежит начало наклонной плоскости, тем быстрее спуск. Галилей установил также, что скорость, приобретаемая телом в конце спуска, не зависит от длины наклонной плоскости, а только от высоты подпорки. И эта скорость одинакова для всех тел, независимо от их веса.
Одинакова скорость, одинаково и время, затрачиваемое любыми телами на спуск по данной наклонной плоскости. Но чем более пологой он
