Папярэдняя старонка: Льоцци Марио. История физики

Аўтар: Льоцци Марио,
Дадана: 23-10-2014,
Крыніца: Льоцци Марио. История физики. Москва, 1970.

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ

1. ЛЕОНАРДО-ИЗОБРЕТАТЕЛЬ

Творчество Леонардо да Винчи (1452-1519), не скованное схоластической наукой, не подавляемое господством авторитетов, шло по пути развивающейся техники.

Леонардо был незнатного происхождения. Это помешало ему в пору ранней юности познакомиться с объемистыми латинскими трудами, но зато помогло не застрять на долгих, скучных и туманных рассуждениях о книгах Аристотеля и побудило к непосредственному наблюдению природы, ее изучению и подражанию ей. Леонардо осознает, насколько его понимание мира, достигнутое опытом, более надежно и более правильно, чем почерпнутое из книг понимание ученых того времени:

«Хотя я и не умею так, как они, цитировать авторов, я буду цитировать гораздо более достойную вещь - опыт, наставника из наставников. Они ходят напыщенные и чванные, разряженные и разукрашенные, и не своими, а чужими трудами, а мне в моих собственных трудах отказывают, и если они меня, изобретателя, презирают, то насколько больше следует порицать их самих - не изобретателей, а лишь трубадуров и пересказчиков чужих трудов» (Cod. AtL, f.117, r.b.).

И Леонардо действительно был «изобретателем», т. е. инженером, и, пожалуй, был прав Фельдгауз, назвав его величайшим инженером из всех, кого знала история. Но глубина его мышления толкала его к переходу от чистой техники к обобщениям, от непосредственных применений, характерных для техники всех времен, к применениям отдаленным, характерным для науки. Историки техники насчитывают сотни изобретений Леонардо, рассеянных по его тетрадям в виде чертежей, иногда с короткими выразительными ремарками, но часто без единого слова пояснения, как если бы стремительный полет фантазии изобретателя не позволял ему останавливаться на словесных разъяснениях. Часто чертежи повторяются, уже описанные приспособления модифицируются и совершенствуются, причем подчас это происходит через многие годы, что свидетельствует о серьезном отношении конструктора, а не о переменчивых капризах художника. Упомянем некоторые наиболее известные изобретения Леонардо: приспособления для преобразования и передачи движения (например, стальные цепные передачи, и сейчас применяемые в велосипедах); простые и переплетенные ременные передачи; различного вида сцепления (конические, спиральные, ступенчатые); роликовые опоры для уменьшения трения; двойное соединение, называемое теперь «кардановым» и применяемое в автомобилях; различные станки (например, точный станок для автоматического нанесения насечки или молотобойная машина для формовки слитков золота); приспособление (приписывавшееся Челлини) для улучшения четкости чеканки монет; скамья для опытов над трением; подвеска осей на расположенных вокруг нее подвижных колесах для уменьшения трения при вращении (это приспособление, вновь изобретенное Атвудом в конце XVIII века, привело к современным шариковым и роликовым подшипникам); приспособление для опытной проверки сопротивления металлических нитей растяжению; многочисленные ткацкие машины (например, стригальная, сучильная, чесальная); механический ткацкий станок и прядильная машина для шерсти; боевые машины для ведения войны («жесточайшего помешательства», как он ее называл); различные замысловатые музыкальные инструменты.

2. ГИДРАВЛИКА И ГИДРОСТАТИКА

В старинной науке гидравлике Леонардо был большим мастером и принимал участие в мелиорации Ломелли-ны, в устройстве гидросооружений в Наваре, прозодил исследования по осушению Понтийских болот, проектировал отвод русла реки Арно у Пизан-ского моста, рассматривал гидроустройства на Адде и на Мартезанском канале. И в этой области он дал ряд изобретений. Леонардо спроектировал землечерпалки, во всем сходные с современными; он придумал механические средства прорытия каналов и обеспечения их судоходности за счет усовершенствования шлюзов. И действительно, он заменил в шлюзах, известных уже в его время, примитивную, несовершенную, легко приходящую в негодность, перегородку расположенными под углом двойными воротами, в которых само давление воды используется для улучшения смыкания створок. Он ввел систему щитов, управляющих размерами отверстий для наполнения шлюза и освобождения его от воды.

Переходя от практической гидравлики к теоретической, заметим, чта Леонардо знал принцип сообщающихся сосудов для жидкостей различной плотности и основной закон гидростатики, известный теперь под названием «закона Паскаля», который, согласно Дюэму, стал известен французскому философу от Леонардо через Джован Баттисту Бенедетти и Марино Мерсенна. Леонардо создал теорию движения волн на море. Более того, расширяя эту теорию с помощью выдвинутой им наиболее универсальной физической концепции - «движение есть причина всего живого», - он, предваряя время, видел в волновом движении наиболее естественное движение. Согласно Леонардо, свет, звук, цвет, запах, магнетизм и даже мысль распространяются волнами.

3. ПОЛЕТ ЧЕЛОВЕКА

Наиболее дерзновенной мечтой Леонардо-изобретателя, без сомнения, был полет человека. Леонардо исследовал и описал с удивительной точностью полет птиц. Он знал, что давление воздуха на нижнюю поверхность крыльев создает силу, которую теперь называют подъемной; он исследовал анатомию летательных органов, сопротивление воздуха и динамическую роль центра тяжести для движения. Он так определял план исследований:

«Если хочешь говорить о таких вещах, ты должен в первой части определить природу сопротивления воздуха; во второй - строение птицы и ее оперения; в третьей - действие этого оперения при различных движениях; в четвертой - роль крыльев и хвоста» (Ms. F, 41 v.).

Именно этот сознательный метод научного исследования и является главной заслугой Леонардо. Этим его попытки полета резко отличаются от других попыток, которых, судя по преданиям и историческим данным, было достаточно и до него: следует хотя бы напомнить о Дж. Баттиста Данти, который, говорят, в начале XV века пересек в полете Перуджийское озеро, или о создании «летающих птиц», приписываемом Региомонтану. Впрочем, Вазари приписывает создание таких летающих птиц также Леонардо, который будто бы во время прогулок развлекался тем, что из особого рода воска изготовлял птичек и запускал летать над окружающими полями.

После долгого и внимательного изучения полета птиц, которое он начал «ще во время пребывания в Милане, Леонардо спроектировал в 1490 г., а возможно, и построил первую модель летательного аппарата. Эта модель имела крылья, как у летучей мыши, и с ее помощью, используя мускульные усилия рук и ног, человек должен был полететь. Теперь мы знаем, что в такой постановке задача неразрешима, потому что мускульной энергии человека для полета недостаточно.

Понял ли это Леонардо или нет, но когда через пятнадцать лет он, находясь во Фьезоле, снова взялся за изучение полета, он думал уже о полете с помощью ветра, т. е. о парящем полете, справедливо заметив, что в этом случае требуется меньше усилий для удержания и продвижения в воздухе. И изменяя свой первоначальный план исследования, он в рукописи К так намечает содержание четырех книг трактата о полете, одного из тех многочисленных научных трудов, которые были им задуманы, но не написаны:

«Раздели трактат о птицах на четыре книги, из которых первая будет о их полете при помощи взмахов крыльями, вторая - о полете без взмахов при помощи ветра, третья - полет вообще, то есть птиц, летучих мышей, рыб, животных, насекомых, последняя - о полете с помощью механизмов» (Ms. К, 3 r.).

В «Атлантическом кодексе» содержится самый ранний дошедший до нас проект парашюта, о котором говорится:

«Если человек имеет шатер из полотна шириной 12 локтей и 12 локтей в высоту, то он может прыгать с любой большой высоты без вреда для себя» (Cod. AtL, L 381 v.a.).

В рукописи В приведен проект геликоптера, движущим элементом которого можно назвать спираль:

«...винтовой аппарат, который, если его вращать с большой скоростью, ввинчивается в воздух и подымается вверх» (Ms. В, 83 v.).

После стольких исследований скорее символом веры, нежели пророчеством являются знаменитые строфы из «Кодекса о полете птиц»:

«Начнет первый полет большая птица, со спины своего гигантского лебедя наполняя мир изумлением, наполняя молвой о себе все писания и вечной славой гнезду, где она родилась».

Вероятно, Леонардо не испытал свою «большую птицу», но, может быть, именно эти исследования полета, продолжавшиеся с упорством в течение почти четверти века, с 1490 до 1513 г., больше, чем все остальные второстепенные его рассуждения, способствовали тому, что современники считали его магом, а возможно, и сумасшедшим. Вспомним, что, несмотря на четыре столетия непрерывного прогресса, над первыми авиаторами конца прошлого века тоже либо насмехались, либо жалели их, как безумцев.

4. О ЦЕНТРАХ ТЯЖЕСТИ

Великий инженер легко переходит от частного случая к общему, от конкретного к абстрактному, от преходящего к вечному, одним словом - от техники к науке. Так было с Архимедом, так будет потом с Сади Карно. Вопросы механики перспективы привели Леонардо к исследованию проблем геометрии (алгебра, которая начала развиваться в его время, была ему почти незнакома) и механики.

Наиболее долговечным и, быть может, наиболее значительным было его исследование центров тяжести плоских и объемных фигур, начатое еще раньше двумя другими великими мыслителями - Архимедом и Героном, о которых Леонардо мог знать по работам Альберта Саксонского и схоластов. Как Архимед нашел центр тяжести треугольника, так и Леонардо находит центр тяжести тетраэдра (а отсюда и произвольной пирамиды). К этому открытию он добавляет также весьма изящную теорему: прямые, соединяющие вершины тетраэдра с центрами тяжестей противоположных граней, пересекаются в одной точке, являющейся центром тяжести тетраэдра и делящей каждую из прямых на две части, из которых та, что прилегает к вершине, втрое больше другой. Это первый результат, который наука нового времени добавила к исследованиям Архимеда о центрах тяжести,

5. СТАТИКА

Вопрос о центрах тяжести находится на стыке математики, прикладной и теоретической механики. Труды Аристотеля, Архимеда и Герона сохранены для всего средневековья арабскими и западными комментаторами, которые анализировали, критиковали, модифицировали и дополняли эти труды. Леонардо, безусловно, был знаком со многими трудами по механике, что следует из немногочисленных приводимых им цитат и из более многочисленных выписок и заметок без указания источников. Помимо книг Аристотеля, Архимеда и Герона, он знал работы Евклида (или приписываемые ему труды), Табита бен-Курра (826-901), таинственного Иордана Неморария, Биаджо Пелакани (Биаджо из Пармы), знаменитого профессора университетов Павии, Падуи и Болоньи, умершего в Парме в 1416 г. Прямо или косвенно он соприкасался с кинематическими и динамическими теориями оксфордской и особенно парижской школ.

Из этих источников Леонардо воспринимал современное ему учение о механике, усваивал его, правильно применял и развивал. Он пошел дальше Иордана Неморария и Биаджо из Пармы, расширив понятие момента силы по отношению к точке, открыв для двух частных случаев теорему о разложении моментов и с удивительным искусством применив ее для решения задач о сложении и разложении сил, решения, которое безуспешно искали в течение многих столетий и которое было полностью выяснено лишь столетием позже Стевином и Галилеем. От Иордана Неморария, а может быть, как считает Дюэм, н от Альберта Саксонского Леонардо узнал условия равновесия тела, опирающегося на наклонную плоскость. Но он превзошел этих авторов, открыв, по-видимому в результате размышлений об устойчивости различных наклонных башен в Италии (Пиза, Болонья), теорему, которая теперь называется «теоремой об опорном многоугольнике»: тело, опирающееся на горизонтальную плоскость, остается в равновесии, если основание вертикали, проведенной из его центра тяжести, попадает внутрь площади опоры. А в применении результатов науки к технике Леонардо первым попытался дать теорию арки -

«крепости, создаваемой двумя слабостями; ибо арка здания состоит из двух четвертей круга, каждая из этих четвертей круга весьма слабая, сама по себе стремится упасть, но так как одна препятствует падению другой, то слабости обеих четвертей превращаются в крепость единого целого».

Он первый занялся вопросами сопротивления балок растяжению и сжатию, первый стал изучать механизм трения и заметил его влияние на условия равновесия.

6. ДИНАМИКА

Более спорен вклад Леонардо в область динамики. Судя по его весьма многочисленным заметкам по динамике, рассеянным по рукописям вперемежку с прочими мыслями в характерном для него беспорядке, сомнительно, чтобы он, как часто утверждают, предугадывал принцип инерции.

В «Кодексе о полете птиц» имеется часто цитируемое утверждение Леонардо, в котором иногда опускают последнюю часть фразы:

«Всякое движение стремится к своему сохранению, или же каждое движущееся тело движется постоянно, пока в нем сохраняется действие его двигателя».

Первые две части предложения, взятые сами по себе, можно было бы понимать как выражающие принцип инерции со свойственной стилю Леонардо четкостью, что в данном случае напоминает четкость латинской формулировки Декарта «quod in vacuo movetur, semper moved» (что движется в пустоте, будет двигаться всегда). Но нужно учесть последнюю, неотъемлемую часть предложения, в высшей степени ограничивающую общность предыдущего утверждения и сводящую его, очевидно, к теории импето Буридана.

Однако нет оснований сомневаться в том, что Леонардо догадывался о принципе равенства действия и противодействия в некоторых частных случаях, не подымаясь еще до его обобщения, произведенного Ньютоном. Об этом свидетельствуют некоторые выдержки из «Атлантического кодекса», часть из которых мы приведем:

«Что касается движения воды, то же производит движение весла против неподвижной воды, что и движение воды против неподвижного весла» (Cod. Atl., f. 175, т.е.).

«Такая же сила создается предметом против воздуха, что и воздухом против предмета» (Cod. Atl., f. 381, v.a.).

«To же производит движение воздуха против неподвижного предмета, что и движение предмета против неподвижного воздуха» (Cod. Atl., f. 395, r.b.).

Мы бы получили более адекватное представление о том, насколько необходимы были Леонардо исследования по динамике, если бы проследили его многочисленные попытки прояснить и определить понятие силы и просмотрели опыты, аналогии, классификации, заставившие его в конце концов написать те знаменитые слова, которые часто искажают всякие составители антологий, не понимающие их смысла:

«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» (Ms. A, 34 v.).

Восхищение универсальным гением Леонардо возрастет еще больше, если от его общих научных концепций мы перейдем к рассмотрению конкретных вопросов.

Леонардо приходилось долго и много заниматься с весами, и эта практика привела его не только к открытию того, что воздух имеет вес (тогда как традиция, восходящая к Симплицию, учила, что воздух веса не имеет), но и к открытию изменения атмосферного давления и к созданию разновидности рычажного барометра или, как полагают другие, гигрометра «для определения качества и густоты воздуха и когда ожидается дождь».

Будучи художником, он активно интересовался теорией оптики. Он дал первое описание камеры-обскуры, изобретенной арабами еще за два века до него, и первым использовал ее в теории зрения. Он предложил очки, «чтобы видеть Луну большой», и, возможно, сконструировал параболические зеркала. Он открыл явление стойкости изображений; заметил, что оба глаза видят различное изображение объемных тел; ставил перед собой задачи фотометрии; первым утверждал, что пепельный свет Луны (тот самый, который Галилей называл «лунной чистотой») представляет собой свет, исходящий от Земли и отраженный от Луны.

7. МЕТОД

Принято указывать на Леонардо как на основателя экспериментального метода. Такие поиски чудотворного основателя экспериментального метода нам кажутся упрощенчеством. Даже из сказанного выше очевидно, что обращение к эксперименту столь же старо, как и сама физика, и не исчезало в течение всего средневековья. Многие средневековые ученые не ставили опытов не потому, что не признавали их, а потому, что считали их излишними после того, как Аристотель произвел все возможные эксперименты. Экспериментальный метод (это не то же самое, что обращение к опыту) складывался медленно в процессе постепенного освобождения от господства авторитетов и последующего слияния традиций ученых с практикой мастеров-ремесленников.

Среди тех, кто чрезвычайно ускорил этот процесс синтеза, выдающееся место занимает Леонардо, «ото sanza lettere» (человек без книжного образования) и потому свободный от предрассудков, более близкий к природе. Он был высокого мнения об опыте, приписывал ему универсальное значение - «знание - дочь опыта» - и широко прибегал к нему, будучи уверенным, что «всякое наше знание начинается с чувств», поэтому «нужно ограничивать рассуждение опытом», а не простирать его за пределы опыта. Но опыт сам по себе - это сырой материал, и дело разума включить его в концепцию мира и показать, «почему данный опыт должен идти именно так» (Ms. E, 55 г.). Наблюдения, содержащиеся в «Кодексе о полете птиц» ( «птица - это инструмент, действующий по законам математики»), носят универсальный характер в том смысле, что, по Леонардо (а такое понимание экспериментального метода характерно для него и объединяет его с Галилеем), вся природа пронизана математическими законами, поэтому

«никакое человеческое исследование не может претендовать на то, чтобы быть истинной наукой, если оно не использует математических доказательств и нет никакой уверенности там, где нельзя применить одну из математических наук» (Ms. G, 96 v.) .

В таком понимании опыты сами по себе никогда не бывают ошибочными,

«ошибочными бывают лишь ваши суждения, если вы ожидаете от этих экспериментов такого действия, которое не будет следствием их».

И поэтому

«несправедливо жалуются люди на опыт, в величайшем гневе обвиняя его я обманчивости. Оставьте его в покое и обратите свои жалобы на ваше невежество, которое заставляет вас спешить со своими тщетными и вздорными ожиданиями таких вещей, которые не во власти опыта, и говорить, что он обманчив».

Леонардо, как и Галилей, не был теоретиком экспериментального метода, но все его труды по физике, приведенные и подобные им рассуждения ставят его в один ряд с наиболее тонкими и глубокими современными экспериментаторами.

МЕХАНИКА

8. КУЛЬТУРА XVI ВЕКА

Много было споров о влиянии Леонардо на последующее развитие науки. Одни полностью отрицают его, опираясь на тот факт, что рукописи Леонардо оставались неизвестными вплоть до опубликования знаменитой работы Джован Баттисты Вентури, другие же, в частности Дюэм, считают, что мысли Леонардо распространялись среди итальянских ученых вплоть до Галилея устным путем или были известны по его рукописям.

Не вступая в дискуссию, ограничимся объективной констатацией того, что многие идеи Леонардо можно найти в трудах трех крупных ученых XVI века - Николо Тартальи (1499-1552), Иеронима Кардана (1501-1576) и Джован Баттисты Бенедетти (1530-1590).

Но прежде чем коснуться работ этих и других ученых напомним, что XVI век был веком интенсивной интеллектуальной деятельности. Физики и математики знакомятся с трудами Архимеда по переводам, обильно комментированным Николо Тартальей, Федерико Коммандино (1509- 1575), Гвидо Убальдо дель Монте (1543-1607) и Франческо Мавроликом (1494-1575). Итальянская математика переживает наиболее блистательный период своего расцвета, вступили в особенно плодотворный период биологические науки. А если взглянуть более широко, то нужно принять во внимание, что это был век борьбы против авторитета церкви - борьбы, известной под названием реформации, век Коперника, революционное учение которого вызвало глубокий резонанс во всем научном мышлении, век обновления философии, выдвинувший первого упорного противника Аристотеля - Бернардино Телезия (1509-1588) и первую жертву - Джордано Бруно (1548-1600). Наконец, это был век великих географических открытий, и прежде всего открытия Америки (1492 г.), оказавших существенное влияние на последующее развитие научного мышления.

Успехи физики в XVI веке, взятые сами по себе, кажутся незначительными, носящими отрывочный, почти случайный характер. Но если их рассматривать на более широком фоне развития науки, то они приобретают особенное значение как первые завоевания новой культуры, освобождающейся от груза традиций, сбрасывающей вековое иго господства авторитета.

9. ВКЛАД ИТАЛЬЯНСКИХ МАТЕМАТИКОВ В РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ

Появление огнестрельного оружия поставило перед динамикой новые проблемы. С них начал свои исследования Тарталья в небольшой работе «La nova scientia» («Новая наука»), опубликованной в 1537 г. в трех частях. В двух первых частях рассматривается движение снарядов; для Тартальи это было новой наукой. Третья часть посвящена вопросам топографии. В описании тректории снаряда Тарталья еще придерживается представлений Аристотеля, но уже догадывается, что наибольшая дальность полета достигается при наклоне орудия под углом 45° к горизонту; это утверждение мы находим без доказательства в предложении VIII второй части. В своей книге «Quesiti et inventioni diverse» («Проблемы и различные изобретения») он рассказывает, что в 1531 г. его близкий друг спросил, «как нацелить артиллерийское орудие, чтобы оно стреляло возможно дальше», и что он, никогда раньше не стрелявший ни из орудия, ни из ружья, после «изрядного размышления» нашел ответ и показал «естественными и математическими доводами», что орудие должно быть наклонено под углом 45°. И ввиду того что его друг сомневался, поскольку ему казалось, что орудие будет слишком наклонено, «несколькими частными опытами полностью удостоверился, что так оно и есть». Но Тарталья преувеличивает, говоря о «естественных и математических доводах». Можно быть уверенным, что у него не было таких доводов, и этот его рассказ подтверждает впечатление, складывающееся при чтении его работы: характер изложения динамики артиллерийских снарядов таков, что ее мог открыть внимательный наблюдатель, стоя у орудия.

«Проблемы и различные изобретения», вышедшие в 1546 г. как продолжение и развитие «Новой науки», написаны очень живым языком. Этому способствует также форма диалога, принятая почти всюду в работе, которую позднее перенял и увековечил Галилей. Здесь беседуют простолюдины, специалисты и благородные господа, ставят перед собой вначале практические вопросы, а от них переходят к научным проблемам. Тарталья чувствует новизну этой формы изложения и в стихотворном обращении «К читателям» обещает

...новые изобретения,
не краденные ни у Платона, ни у Плотина,
ни у какого иного грека и латинянина,
а полученные лишь искусством, измерением и разумом.

Этот труд состоит из девяти частей. Первые две посвящены вопросам баллистики, третья - пороху, четвертая - военному искусству, пятая - применению компаса при топографических работах, шестая - вопросам фортификации, седьмая - механике Аристотеля, восьмая - теории простых механизмов и девятая, наиболее знаменитая,- вопросам математики.

Именно в этой работе впервые после Аристотеля в противоположность сказанному в «Новой науке» утверждается (возможно, под влиянием сведений о рукописях Леонардо, а более вероятно - в результате тщательных наблюдений), что траектория снаряда, летящего не по вертикали, является криволинейной:

«...насильственное движение тела постоянного веса, брошенного не перпендикулярно к горизонту, никогда не имеет ни одной части, которая была бы совершенно прямой».

Многие задачи статики, содержащиеся в этой работе, рассмотрены еще в рукописи Иордана Неморария, которую Тарталья сам готовил к изданию. Однако оригинальным является рассуждение в проблеме I книги VII, где утверждается вопреки Аристотелю, что весы с более короткими плечами точнее, чем с более длинными. История и менделеевская теория весов подтвердили это утверждение.

Иероним Кардан, великий соперник Тартальи, также занимает заслуженное место в истории физики. Тарталья был простолюдином, писал на итальянском языке и рассматривал практические задачи своего времени. Кардан был гуманистом, постоянно вращался в академической среде, писал на латинском языке, проявляя во всем громадную эрудицию. Его труды «De subtilitate libri XXI», 1550 г. («О тонкости») и вышедший четырьмя годами позже «De rerum varietate libri XVIII» («О разнообразии вещей») представляют собой наиболее полное энциклопедическое изложение естественных и физических наук XVI века. Трактат «О тонкости», переведенный на французский язык Ришаром Лебланом, использовался во Франции в течение всего XVII века как учебник, особенно при изучении статики и гидростатики.

Обе эти работы, написанные сжато и подчас неясно по-латыни, содержат понемногу обо всем: от космологии до конструкции механизмов, напоминающих иногда леонардовские, от рассуждений о пользе знаний о природе до вопроса о пагубном влиянии злых духов. Это неисчерпаемый источник фактов, истинных и воображаемых, сведений о состоянии наук, верований, суеверий, техники, алхимических опытов, магии, астрологии и хиромантии того времени. Главная заслуга этого труда, пожалуй, была в том, что он служил стимулом к изучению конкретного и частного.

Но в нем были также и оригинальные научные наблюдения, как, например, утверждение о невозможности вечного двигателя, или некоторые места, довольно неясные, в которых Дюэм видит формулировку принципа виртуальных перемещений. Однако Лагранж приписывает этот принцип Гвидо Убальди дель Монте, покровителю Галилея, который не только перевел и комментировал Галилея, но написал также трактат по механике, имея целью свести рассмотрение всех механизмов лишь к рычагу.

В другой интересной своей работе «Opus novum» («Новый труд»), вышедшей в 1570 г., Кардан стремится сделать физическое исследование количественным. Представляет интерес первое количественное определение отношения плотности воздуха к плотности воды (1 : 50), которое он получил экспериментально на основе аристотелева принципа, согласно которому отношение путей, проходимых за одно и то же время телами равного веса в различных средах, обратно отношению плотностей этих сред.

10. ДЖОВАН БАТТИСТА БЕНЕДЕТТИ

Бенедетти был учеником Тартальи. Из родной Венеции он переехал на несколько лет ко двору герцога Пармского, затем ко двору герцога Савойского в Турин; там он прожил долгую жизнь и там же умер.

Трудно указать более значительный вклад в механику, нежели тот, который сделал Бенедетти в предисловии-посвящении к своей первой опубликованной работе. В этом интересном предисловии на 22 страницах к работе, состоящей всего из 100 страниц, среди беспорядочной мешанины разнообразных сведений внезапно всплывает рассуждение о движении, не имеющее отношения ни к остальному посвящению, ни к содержанию самой работы, представляющей собой собрание геометрических задач, решаемых с помощью одного циркуля с заданным раствором. Эта длинная вставка о движении представляет собой тщательно проведенное доказательство, направленное к следующему утверждению (вопреки Аристотелю):

«два тела одинаковой формы и одинакового рода, равные или не равные между собой, в одной и той же среде проходят равные расстояния за равное время».

Здесь исторически важна не столько формулировка тезиса, сколько его доказательство. Бенедетти рассматривает две однородные сферы, центры которых находятся на одинаковом расстоянии от центра Земли, причем одна вчетверо больше другой. Предположим, говорит он, что мы мысленно разделим большую сферу на четыре меньших; мы увидим, что каждая из них будет перемещаться за то же время, за которое перемещается упомянутая вначале меньшая сфера. Продолжая это рассуждение, он приходит к сформулированному выводу. Через 32 года в своем главном труде Бенедетти вновь возвращается к этому доказательству и упрощает его, рассматривая одно тело, которое он мысленно делит на две равные части, каждая из которых должна двигаться с той же скоростью, что и все тело в целом. Значит, тела падают с одинаковой скоростью.

Это рассуждение было принято Карданом, переписано Теснером, повторено Стевином, воспринято Галилеем:

«Я представил себе мысленно, - пишет пизанский ученый, - 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, отдав импето другому, удвоит его скорость, если учесть, что она не может быть увеличена проходящим движущимся телом, если оно не движется с большей скоростью!»

Но после Галилея появились эрудиты, которые много раз поступали подобно тому деревенскому священнику, который, желая рассказать историю о своей собственной деревне, начинал каждый раз с Адама. И вот историки весьма удивлялись, как могло случиться, что такого простого рассуждения, как приведенное у Бенедетти, никто не высказывал в течение двух тысячелетий. Общеизвестно, что научные положения, будучи раз высказанными, кажутся простыми: кому при повторении доказательств классиков не знакомо чувство, что сам до них дошел? Во всяком случае, историки нашли предшественников и у Бенедетти. Наиболее знаменитым из них, хотя и не единственным, следует считать писателя Бенедетто Варки, который в написанной в 1544 г., но опубликованной лишь в 1827 г. работе якобы утверждал, что тела падают с одинаковой скоростью. Можно согласиться, что это утверждение высказывалось до Бенедетти, как мы уже видели в гл. 2. но заслуга математического доказательства остается все же за ним.

Все остальное, что дал Бенедетти физике, заключено в его главном труде «Diversarum speculationum mathematicarum et physicarum liber» («Различные математические и физические рассуждения»), опубликованном в Турине в 1585 г. В этой работе, состоящей из шести частей, излагаются теоремы арифметики и элементарной алгебры, вопросы перспективы, механики и науки о пропорциях. Здесь собраны также дискуссии и письма по вопросам физики и математики. Это труд, направленный против учения Аристотеля, что весьма важно для тех критиков, которые отрицают вжнем какую-либо новизну. Например, в нем мы встречаем принцип инерции, который применяется для объяснения ускорения движения тела при непрерывном действии постоянной силы, так что постоянное увеличение скорости падающих тел обязана накоплению действия, производимого одной и той же причиной движения, а не постепенному увеличению веса, как говорил Аристотель. Те же идеи Бенедетти применяет к вращательному движению, высказывая догадку о существовании центробежной силы.

Из исследования равновесия жидкости в двух вертикальных сообщающихся сосудах различного сечения Бенедетти выводит «гидростатический парадокс» (т. е. одинаковость давления жидкости на основание при равных высотах независимо от формы сосуда), примыкающий к гидравлическому принципу Торричелли, который в следующем столетии был вновь рассмотрен Мерсенном и широко распространен Паскалем.

11. СИМОН СТЕВИН

Через год после опубликования «Различных рассуждений» Бенедетти гидростатический парадокс был сформулирован такжа Симоном Стевином - одним из наиболее самобытных ученых второй половины XVI века. Стевин родился в 1548 г. в Брюгге и умер в 1620 г., по-видимому, в Гааге. Можно полагать, что открытие Стевина было сделано независимо от Бенедетти. Во всяком случае, формулировка Стевина более ясная и четкая. Стевину гидростатика обязана также введением понятия метацентра, важного для рассмотрения равновесия плавающих тел. Точное определение этого понятия было дано лишь в 1746 г. Пьером Бугером (1698-1758).

Но самой большой заслугой Стевина является оригинальное доказательство закона равновесия тела, опирающегося на наклонную плоскость. Доказательство основано на рассмотрении равновесия замкнутой цепочки типа четок, наброшенной на две наклонные плоскости, сечение которых представляет собой прямоугольный треугольник с горизонтальной гипотенузой. Появление этого доказательства знаменует собой целую эпоху в истории физики, поскольку оно основано на предположении, что вечное движение невозможно. Здесь впервые это утверждение принимается за исходный научный принцип. Чтобы убедиться в том, что это не так уж очевидно, как может сейчас показаться, достаточно вспомнить, что и после Стевина, до Сади Карна и еще позже, не прекращались попытки построения вечных двигателей.

Из рассмотрения равновесия цепочки Стевин вывел закон сложения одновременно действующих сил и закон разложения силы на две составляющие, перпендикулярные одна другой. Однако оба эти закона ограничены частным случаем, когда три рассматриваемые силы могут быть представлены по величине и направлению сторонами прямоугольного треугольника и, кроме того, рассматриваются лишь в рамках статики.

Стевин сделал много изобретений в области механики. Хорошо известен его трактат по математике. И все же его влияние на историю науки было довольно слабым, отчасти потому, что он был убежден в преимуществе голландского языка перед, всеми другими древними и современными языками для рассмотрения научных вопросов и упорно писал на родном языке (переводы его работ на латинский и французский появились лишь в первом десятилетии XVII века), отчасти потому, что оба наиболее важных его произведения были опубликованы лишь через много лет после его смерти.

ОПТИКА

12. ФРАНЧЕСКО МАВРОЛИК

После работ Вителлин (см. гл. 2) средневековье не оставило никаких систематических исследований по оптике. Там и сям встречаются беглые упоминания, по которым можно лишь понять, что в этом вопросе царила большая путаница и что сформировалось сильное-недоверие к зрительным восприятиям - зрение считалось наиболее обманчивым из чувств.

Возможно, что именно это настороженное, если не враждебное, отношение к оптике удержало Франческо Мавролика (1494-1575)- знаменитого-мессинского математика и гуманиста - от опубликования своего труда, самого оригинального труда по оптике за три столетия со времен Вителлия. Первая часть этого труда была закончена в 1521 г., другая - в 1554 г. г но опубликован он был лишь посмертно наследниками Мавролика в 1611 г.

И поскольку идеи Мавролика мы встречаем у более поздних авторов, в частности у Кеплера, то встает все тот же вопрос, что и в случае с Леонардо: остался ли труд Мавролика неизвестным или же он повлиял на последующую науку, ибо был известен по устной передаче или по рукописи?

Трактат Мавролика разделен на две части. В первой рассматриваются прямолинейное распространение света и его отражение от плоских, сферических, цилиндрических и конических зеркал, во второй - преломление, радуга, анатомия глаза, механизм зрения и действие очков.

В первой части интересно объяснение круглых изображений Солнца в отверстиях произвольной формы. Мавролпк показал, что на определенном расстоянии от отверстия изображения световых лучей, испускаемых каждой точкой светящегося предмета, накладываются друг на друга. Впоследствии Кеплер повторил и усовершенствовал это объяснение.

Во второй части Мавролик принимает теорию зрения Альхазена, но, основываясь на более точном знании анатомии глаза, считает, что лучи преломляются в хрусталике и вызывают ощущение на сетчатой оболочке глаза. Тем самым было введено фундаментальное положение теории зрения - хрусталик глаза работает как линза. Но Мавролику тоже не хватило мужества принять перевернутое изображение на сетчатке, и он с помощью серии ухищрений показывает, что на сетчатке изображение получается прямым. Такова сила предрассудка даже в наиболее возвышенных умах! В теории -зрения Мавролику принадлежит также заслуга установления того, что недостаточная или избыточная кривизна хрусталика является причиной соответственно дальнозоркости или близорукости.

Не зная даже закона преломления, Мавролик показал, что, проходя пластинку с плоскими и параллельными поверхностями, световые лучи не изменяют направления, а лишь смещаются параллельно самим себе, что выпуклые линзы являются собирающими, а вогнутые-рассеивающими. Исследуя преломление света в стеклянной сфере, Мавролик наблюдал диакаустику и начал ее исследовать. Может показаться странным, но Мавролик был первым ученым, который точно указал семь цветов радуги, тогда как традиция, восходящая к Вителлию, различала в радуге лишь три цвета. Наконец, Мавролик первым начал исследование преломления света в призмах, установив, что при этом получаются те же цвета, что и в радуге.

Эта работа Мавролика очень невелика - всего 84 страницы, но это великий труд. Жаль, что она стала доступна лишь через 57 лет после ее написания.

13. ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОДЗОРНОЙ ТРУБЫ

Совершенно отличными от этой маленькой, но серьезной книжки Мавролика являются увесистые тома неаполрттанца Джован Баттисты Порты (1538?-1615). Серия его трудов начинается с трактата «Magia naturalis sire de miraculis rerum naturalium» («Натуральная магия, или о чудесах вещей естественных») в четырех книгах, опубликованного в 1558 г. и содержащего некоторые новые наблюдения, хотя в целом это чистая компиляция из средневековых книг.

В 1589 г. этот трактат был вновь опубликован в 20 книгах. Но от первоначального юношеского произведения остался лишь заголовок, и то не целиком, потому что подзаголовок «или о чудесах вещей естественных» был опущен, должно быть, чтобы избежать неприятностей с инквизицией, которая и так уже доставила автору немало беспокойств. В этом втором издании, несмотря на многочисленные причуды, проявления легковерия и стремление отыскивать всюду любой ценой чудеса, можно заметить более серьезный подход и более выраженное подражание двум энциклопедиям Кардана, упомянутым ранее (§ 9). Из двадцати книг этого трактата нас особенно интересуют сейчас две: седьмая, о которой мы будем говорить ниже, и семнадцатая.

Эта последняя книга посвящена «оптическим изображениям» и уже во введении обещает чудеса:

«И если считалось, что почтенная античность изобрела многие и великие вещи, то мы будем говорить о еще более великих, более возвышенных и более славных, и не только о полезных деятелям оптической науки».

Но не все здесь было сплошным бахвальством. Даже странно видеть в этом произведении, где все как бы пронизано описанием разных чудес, страницы семнадцатой и седьмой книг, где чувствуется новое слово нового времени. Порта проявил себя опытным экспериментатором в области оптики, что, кстати, подтверждается и другими источниками.

Действительно, в 1580 г. Порта прибыл в Мурано по поручению кардинала д'Эсте, и из его переписки с кардиналом мы узнаем, что он весь день занят со стекольщиками, чтобы сделать линзы и параболическое зеркало. Во время своего пребывания в Мурано он близко подружился с Паоло Сарпи (1552-1623), с которым поддерживал затем всю жизнь дружеские отношения и о котором он упоминает в своей «Магии» с большим уважением. В юные годы Паоло посвятил себя естественным и математическим наукам, и в частности оптике, очарованный ее естественнонаучным содержанием и геометрическим подходом. И он не ограничился изучением классиков - Евклида, Птолемея, Альхазена, а производил также самостоятельные исследования, которыми щедро делился со своими многочисленными друзьями-учеными. Имеет смысл остановиться на одном случае, относящемся к рассматриваемому нами периоду.

В одном из своих «размышлений», написанных приблизительно в 1578 г., но опубликованных лишь в 1882 г., Сарпи, напоминая, что видимые размеры предмета зависят от угла, под которым он виден, добавляет, что на это влияют также

«...очки и другие прозрачные предметы, которые увеличивают или уменьшают предметы, просто увеличивая или уменьшая угол зрения».

В цитируемой работе Кассани впервые публикует «размышления» Паоло Сарпи о естествознании, взятые из рукописи, хранящейся в Венеции. Теорема об угловом увеличении линз впервые появилась, по-видимому, в брошюре Марко Антонио де Доминиса «De iridis visus et lucis» («О радуге зрения и света», Венеция, 1611). Де Доминис был близким другом Паоло Сарпи и известен своим участием в политической и религиозной борьбе той эпохи, вследствие чего он вынужден был провести конец своей жизни узником в Кастель Сан-Анджело. Работа де Доминиса не свидетельствует об особой научной проницательности автора. Кроме упомянутой теоремы, интерес представляет лишь наблюдение того, что радуга обязана отражению света от задней поверхности капелек дождя. Поэтому мы можем легко допустить, что де Доминис узнал теорему об угловом увеличении линз от Сарпи. О других примерах научной щедрости Сарпи мы расскажем в дальнейшем.

Но вернемся к Порте, который в своей семнадцатой книге «Магии», как нам кажется, тоже лишь популяризировал результаты Паоло Сарпи как в конкретных вопросах, так и в методологических. Главы I-III этой книги посвящены расположенным под углом плоским зеркалам, имеющим нерегулярную поверхность и позволяющим получать различные оптические иллюзии, которые известны еще со времен Евклида и лежат в основе различных оптических фокусов. Здесь впервые сформулировано правило, что число-изображений, получающихся в двух зеркалах, расположенных под углом, равно уменьшенному на единицу отношению 360° к углу, образуемому зеркалами. В действительности это правило справедливо только при условии, что предмет находится на биссектрисе угла между зеркалами. Глава IV посвящена вогнутым зеркалам. Здесь определяется «точка инверсии», т. е. фокус, и описаны приспособления для достижения удивительных эффектов. Глава V говорит об эффектах, достижимых с помощью комбинации плоских и вогнутых зеркал. В главах VI, VII и VIII описана камера-обскура со всеми чудесами, которые она дарит экспериментатору.

После сказанного нами в гл. 2 излишне напоминать, что Порта не был изобретателем камеры-обскуры, как это утверждают иногда и сейчас; нельзя считать также, что он предвосхитил современный фотографический аппарат, только потому, что поместил линзу у отверстия камеры-обскуры; это усовершенствование было введено еще до 1550 г. - о нем сообщает Кардан в своем труде «О тонкости», не приписывая этого открытия себе, а Даниэль Барбаро в книге о перспективе, опубликованной в 1567 г., не только дает описание камеры-обскуры с линзой, но отмечает сферическую аберрацию линз и изобретает способ ослабления этого эффекта, применяемый до сих пор, - диафрагмирование линзы, как это называется теперь. Наконец, в 1573 г. Игнатий Данти, переводя и комментируя оптику Евклида, описывает камеру-обскуру и советует применять плоское зеркало для получения прямых изображений.

Какие же заслуги остаются в конце концов у Порты?

Их остается несколько. О получении прямых изображений с помощью вогнутых зеркал Порта упоминает в «Магии» еще в 1558 г. Ему мы обязаны применением камеры-обскуры для выполнения рисунков. Ему же принадлежит идея применения камеры-обскуры как волшебного фонаря, т. е. для проецирования рисунков, помещенных у отверстия камеры и сильно освещенных солнцем или свечами. Большое научное значение имеет тот факт, что уже в издании 1558 г. Порта пользуется принципом камеры-обскуры для объяснения теории зрения. Действительно, описав опыт, Порта продолжает:

«Отсюда философам и медикам становится очевидным, в какой части глаза образуется изображение, а также решается вызвавший столько споров вопрос о проникновении внутрь, и никаким другим рассуждением оба эти вопроса нельзя убедительнее решить. Действительно, маленькое изображение вводится через зрачок, как через окно, а небольшая часть большого шара, находящаяся на дне глаза, играет роль зеркала».

Можно сказать, что такому приложению камеры-обскуры Порта научился у Леонардо через Кардана, но, во всяком случае, здесь мы имеем первое печатное упоминание об этом. К сожалению, Порта ни в этом, ни в следующем издании в 1589 г. ничего не говорит о перевертывании изображения на чувствительной части глаза.

В главе IX своего труда он рассматривает цилиндрические и пирамидальные зеркала, а следующая, X глава посвящена линзам. В ней приведен комплекс различных весьма интересных экспериментальных и теоретических данных. Далее мы переходим к главе XI с многообещающим заголовком: «О линзах, с помощью которых любой может видеть очень далеко».

Речь идет о подзорной трубе - скажет современный читатель и не удивится этому, потому что все предыдущее рассмотрение как будто подводило прямо к подзорной трубе, по крайней мере типа телескопа с параболическим зеркалом и линзой. Но чтение этой главы, которая в свое время подвергла тяжелому испытанию многие головы, в том числе и самого Кеплера, вызывает разочарование. Изложение абсолютно недоступно пониманию, говорится понемногу о линзах, о зеркалах, о параболах, о чтении с далекого расстояния. Все это содержится в следующем «Размышлении» Паоло Сарпи:

«Одно или несколько зеркал можно приспособить так, что человек увидит, что делается снаружи, и то же самое с очками. Буквы можно читать с расстояния 50 шагов. Я это проверил со сферой и сферической линзой, но лучше с параболой и параболической линзой, и читать можно при далеко стоящем свете».

И как бы в пояснение этой мысли тот же Сарпи в письме от 6 февраля 1609 г. к синьору Делиль Гросло, в котором он сообщает о появлении подзорной трубы в Венеции, говорит, что он еще с юных лет думал о такой вещи, но, добавляет он,

«я не подтвердил и не проверил эту мысль на опыте. Не знаю, может быть, этот мастер осуществил мои мысли, если только сведения не преувеличены, как это обычно бывает со слухами».

Мы будем, по-видимому, недалеки от истины, если предположим, что в своей знаменитой XI главе семнадцатой книги «Магии» Порта пытался туманно описать телескоп с параболическим зеркалом и увеличивающей линзой, который Паоло собирался построить и в котором Порта по истечении многих лет не смог как следует разобраться. Порта всегда отказывался разъяснять эту главу, ограничиваясь замечанием, что Паоло его понимал. Только после того, как телескоп был использован Галилеем, Порта стал отстаивать свой приоритет, хотя и назвал этот прибор «пустяком».

Однако к такому «пустяку» стремились веками, ибо идея эта так же стара, как и само понятие линзы, и возникала почти непроизвольно у каждого, кто пользовался увеличивающей линзой и должен был задаться вопросом, нельзя ли неограниченно повышать способность увеличения. И вот это смешение стремления с осуществлением и заставило многих историков приписывать это изобретение самым различным лицам: Роджеру Бэкону, который хотел построить линзы, позволяющие видеть человека большим, как гора; Леонардо да Винчи, который хотел сделать очки, чтобы видеть Луну большой; Джероламо Фракасторо, который в 1538 г. писал, что если глядеть через двое очков, наложенных одни на другие, то все вещи будут казаться много больше и ближе; Леонардо Диггесу, который в 1571 г. опубликовал книгу, где предлагает комбинировать выпуклые и вогнутые линзы; Паоло Сарпи и, наконец, Джован Баттиста Порте.

Гюйгенс (а он-то уж, конечно, разбирался в оптике) писал в своей «Диоптрике», что человек, который смог бы изобрести подзорную трубу, основываясь лишь на теории, без вмешательства случая, должен был бы обладать сверхчеловеческим умом. Оптические теории XVI века не только не приводили к открытию подзорной трубы, а даже уводили от него. Чтобы убедиться в этом, достаточно просмотреть самый обширный трактат XVI века по теории оптики «De refractione» («О преломлении»), автором которого был не кто иной, как Джован Баттиста Порта. Прошло время, многое изменилось, накоплен жизненный опыт и опыт исследований с разочарованиями в чудесных явлениях, которым он слишком легко верил, были поучительные разговоры с Паоло Сарпи, и вот Порта в трактате «О преломлении» в порыве безмерного восхищения природными явлениями вводит новый научный подход, проявляет критическое мышление, серьезность намерений и методов, которой никак нельзя было ожидать от автора «Магии». Порта, следуя классической теории зрения, настолько не был в состоянии объяснить явления преломления, что создает у читателя впечатление, будто преломление - это обман зрения, иллюзия. Возьмем, например, одно из первых положений пятого предложения первой книги. Порта говорит: «Преломленное изображение приходит в глаз по прямой линии», что совершенно непонятно и содержит в себе внутреннее противоречие. Отсюда следует, что Порта не смог фактически объяснить самые простые опыты по преломлению, как, например, опыт с преломлением палочки, который он описывает в первой книге. Еще хуже обстоит дело во второй книге, где в соответствии со злосчастной средневековой традицией проводится исследование преломления в стеклянном шаре, в котором аберрации в сочетании с физико-психологическими факторами, играющими роль при наблюдении, сильно запутывают основное явление. Последующие пять книг были посвящены анатомии глаза и теории зрения, затем в восьмой книге Порта переходит к более интересной теме - к линзам. Здесь много ценных наблюдений, но основное впечатление, которое остается у читателя, это то, что линзам нельзя доверять, они и увеличивают, и уменьшают, и приводят к удвоению предмета, к появлению цветов, которых нет в самом предмете. Нет, линзам верить нельзя.

Как же при этих условиях может родиться идея подзорной трубы?

И действительно, все документы, которыми мы сейчас располагаем, указывают, что подзорную трубу создали не ученые, а мастера-ремесленники, мастера по стеклу, точнее, мастера, изготовлявшие очки. В то время это ремесло настолько распространилось, что превратилось в самостоятельную отрасль промышленности.

Но, несмотря на большое число накопленных документов, историки не могут еще с уверенностью сказать, где и когда впервые появилась подзорная труба. Называлось много имен и выдвигалось много гипотез. Точно известно, что в 1604 г. уже многие пользовались подзорной трубой, а если можно верить более позднему документу от 1634 г., то в 1604 г. в Миддель-бурге (Голландия) Захария Янссен построил подзорную трубу по модели, которая, по его словам, прибыла из Италии и на которой было написано: «Год 1590».

Если это истинная дата появления подзорной трубы, то изобретение просуществовало незаметно 18 лет, до 1608 г., не привлекая к себе внимания, особенно со стороны ученых. В 1608 г. начинают интересоваться военным применением подзорной трубы, но опять-таки без особого энтузиазма.

Весной 1609 г. какие-то сведения об этом приборе попадают в Венецию и доходят до Галилея. И вот через десять месяцев появляется «Sidereus Nuncius» («Звездный вестник»), возвестивший о приходе новых времен.

МАГНЕТИЗМ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

14. МАГНИТНОЕ СКЛОНЕНИЕ И МАГНИТНОЕ НАКЛОНЕНИЕ

Каждый, кто прочтет сейчас трактат Пьетро Перегрино, восхищающий ясностью и систематичностью изложения, убедится, что автор не компилятор, а искусный экспериментатор. Он пишет не о том, что слышал или читал, а о лично обнаруженных фактах. Поэтому если Перегрино утверждает в главе VII и вновь подтверждает в главе X, что стрелка поворачивается к северному полюсу, то отсюда следует заключить, что именно таким он наблюдал точное положение стрелки. Кроме того, имеются и другие указания, что во времена Перегрино магнитное склонение, т. е. угол между магнитным и географическим меридианами в точке наблюдения, было равно нулю в Италии. Поэтому два примечания, имеющиеся лишь в письме Перегрино, хранящемся в библиотеке Лейденского университета, в которых упоминается о склонении в 5°, следует рассматривать как позднейшие вставки.

Так кто же обнаружил магнитное склонение? Этот вопрос остается до сих пор без ответа. До XIX века почти все единодушно считали, что это открытие сделал Христофор Колумб (1436?-1506) во время своего первого путешествия (1492 г.) в Америку. Но в 1905 г. немецкий ученый Волькенауэр показал, что уже в середине XV века в Германии были построены солнечные часы (несколько экземпляров их хранится еще в немецких музеях), на которых указан угол, образуемый магнитной стрелкой с направлением гномона в полдень. Однако этот отдельный факт - единственное свидетельство среди многих рассмотренных - не может заставить историков отказаться от первоначальной версии, приписывающей открытие магнитного склонения Христофору Колумбу, поскольку кажется весьма странным, что это явление было обнаружено в сухопутной стране и не было известно мореплавателям, намного чаще имеющим дело с компасом.

Как бы то ни было, хотя первооткрыватель этого явления неизвестен, -можно установить время, когда оно стало известным морякам, - начало XVI века.

Мореплаватели очень быстро заметили, что магнитное склонение меняется от места к месту. Не зная еще об изменении магнитного склонения во времени [его обнаружение потребовало, естественно, существенно более длительных наблюдений и произведено лишь в 1634 г. Генри Геллибрандом (1597-1636)], они полагали до конца XVIII века, что знание склонения для каждой точки решило бы вторую основную проблему навигации - определение долготы, которую считали связанной со склонением некоторой жесткой зависимостью, так что знание склонения позволило бы найти долготу. Это ложное мнение привело к появлению первой магнитной карты, составленной миссионером Христофором Борри (который родился в Милане, дата рождения неизвестна, умер в Риме в 1632 г.). Он опубликовал в издании «De arte navigandi» («Об искусстве мореплавания») географическую карту, на которой соединил линиями точки, соответствующие, по имевшимся у него данным, одинаковым значениям магнитного склонения. Такие магнитные карты распространялись все больше, пока в 1701 г. одну из них не опубликовал английский астроном Эдмонд Галлей, которому обычно и приписывают заслугу в их создании.

Явление магнитного наклонения (т. е. тот факт, что намагниченная стрелка, могущая вращаться вокруг горизонтальной оси, располагается северным концом вниз в северном полушарии) требовало для своего обнаружения целого ряда опытов. Действительно, для стрелки, которая могла бы свободно вращаться на вертикальной опоре, угол наклонения неизбежно очень мал, так что это явление легко не заметить. Для плавающей или закрепленной на стерженьке стрелки, а также для плавающего магнитного шара описанное явление не наблюдается. И даже заметив это явление, когда стрелка подвешена на вертикальной опоре, можно легко приписать его несимметрии механической конструкции, из-за которой северный полюс стрелки наклонен вниз. Чтобы обнаружить это явление, нужно изготовить железную стрелку, хорошо уравновесить ее на вертикальной опоре так, чтобы она была горизонтальной, потом намагнитить ее и убедиться, что теперь, будучи помещенной на вертикальную опору, она не остается горизонтальной. Именно такую серию измерений и проделал в 1544 г. Георг Гартман (1489-1564), который впервые описал это явление и нашел угол наклонения равным 9°. Это значение слишком мало именно потому, что применялся прибор, приспособленный для измерения магнитного склонения, а не наклонения. Позже, в 1576 г. англичанин Роберт Норман предложил сделать стрелку свободно вращающейся вокруг горизонтальной оси, создав тем самым первую конструкцию инклинатора.

15. ПЕРВЫЙ ИТАЛЬЯНСКИЙ ТРАКТАТ ПО МАГНЕТИЗМУ

В то время, когда Норман производил свои опыты в Англии, Джован Баттиста Порта лихорадочно работал в Италии над всеми таинственными явлениями, носящими магический характер. А что могло ему казаться более таинственным, чем магнетизм? И понятно, что в поисках таинственного он часто видел одно вместо другого, больше верил, чем экспериментировал, больше фантазировал, чем конструировал.

Но даже учитывая все это, следует все же признать, что седьмая книга «Магии», которую мы уже упоминали, является первым итальянским трудом по магнетизму. В ее создании в значительной мере принимал участие Пао-ло Сарпи, как признает сам Порта в предисловии к книге:

«Мы знали в Венеции во время занятий этими исследованиями достопочтенного венецианца маэстро Паоло - тогда провинциала^ а сейчас достойнейшего прокуратора ордена, и мы не стыдясь, а с гордостью признаем, что научились от него некоторым вещам, потому что нам еще никогда не приходилось знать более разностороннего, более проницательного человека, являющегося украшением и славой не только Венеции и Италии, но и всего мира».

Седьмая книга «Магии» может быть разделена на три части, если не считать последней главы (LIX), в которой собраны все распространявшиеся в течение многих веков легенды о магических свойствах магнитов. Первая часть содержит экспериментальное описание уже известных магнитных явлений. Во второй части критикуются и отвергаются прежние ошибочные взгляды, причем уже дает себя знать дух независимости и даже нетерпимости к господству авторитетов. Третья часть, наиболее интересная, представляет собой оригинальный вклад в науку о магнетизме. Новым является здесь следующий прекрасный эксперимент. Помести металлические опилки в пакет и затем приблизь к ним магнит. Опилки приобретут магнитные свойства, как если бы это был цельный кусок железа. Теперь высыпь опилки и размешай их, а потом опять помести их в пакет; сила будет в них подавлена и рассеяна.

Этот опыт, повторенный Гримальди в следующем столетии, позволил выдвинуть гениальную теорию, послужившую фундаментом теории Юинга, созданной в конце прошлого века. Порте мы обязаны также опытом с железными опилками, образующими «бороду» у магнитных полюсов, что следует рассматривать как первое наблюдение магнитного поля. Упомянем еще два крупных достоверных открытия: использование железной пластины как магнитного экрана (глава XVI) и опытное обнаружение исчезновения магнитных свойств при нагреве магнита до высокой температуры (эффект Кюри, как мы бы сказали сейчас).

16. УИЛЬЯМ ГИЛЬБЕРТ

О том, какое место занимает англичанин Уильям Гильберт в истории магнетизма, было много споров, возможно, отчасти из-за общих условий, в которых находилась в то время Англия. Гильберт родился в Колчестере в 1544 г., умер в Лондоне в 1603 г. Во время своих юношеских путешествий он побывал в Италии, где познакомился с Паоло Сарпи и беседовал с ним о магнетизме. Не только па философию, но даже на стиль Френсиса Бэкона (1561-1626) сильно повлиял главный труд Гильберта «О магните...». Этот труд начинается гневной филиппикой против философов того времени!

«...зачем мне, повторяю, вносить кое-что новое в эту пребывающую в таком смятении республику наук и отдавать эту славную и (ввиду множества заключающихся в ней неведомых до сего времени истин) как бы новую и поразительную философию на осуждение и растерзание злоречием либо тем, кто поклялся соблюдать верность чужим мнениям, либо нелепейшим исказителям добрых наук, невежественным ученым, грамматикам, софистам, крикунам и сумасбродной черни? Я, однако, препоручаю эти основания науки о магните - новый род философии - только вам, истинные философы, благородные мужи, ищущие знания не только в книгах, но и в самих вещах».

Этот новый род философии состоял в поисках знаний не только в книгах, но и в самих вещах, с помощью тщательного, терпеливого их исследования. И тщательное исследование действительно является большой заслугой Гильберта, описавшего свыше 600 опытов, которые привели его к формированию концепции большого научного и философского значения.

Исходя из идей Перегрино, Гильберт изготовил магнит сферической формы, «маленькую Землю». Затем, обходя с помощью небольшой намагниченной стрелки поверхность шара, он исследовал магнитные свойства своего шара и нашел, что они соответствуют магнитным свойствам Земли - большого магнита. Итак, заключает он, с точки зрения магнитного действия Земля отличается от этого шара лишь своими размерами.

Значение этого вывода, о котором Галилей сказал, что он «достоин удивления», далеко выходит за пределы чистой техники. Здесь впервые человек осмеливается сопоставлять явление, полученное в стенах лаборатории, с явлением космического порядка. Тем самым наносился тяжелейший удар тысячелетнему мифу, противопоставлявшему подлунный мир миру небесному, поскольку концепция Гильберта в конечном счете означала, что явления космоса следует изучать теми же методами, которые пригодны для изучения обыденных явлений.

Помимо упомянутой замечательной концепции и собственной переработки всего комплекса знаний о магнитных явлениях, накопленного за прошедшие века, в трудах Гильберта имеется еще несколько новых экспериментальных фактов, например такой: железная проволока, натянутая по магнитному меридиану, после ковки и вытяжки приобретает магнитные свойства; сила магнита значительно увеличивается при тщательной обработке поверхности. Этот способ был далеко превзойден Галилеем, который для удобства работы ввел применение сердечника - якоря, а также само слово «якорь».

Правда, пытаясь дать теорию магнетизма, Гильберт после долгих и неясных рассуждений пришел к выводу, что ему не представляется «совершенно абсурдным мнение Фалеса, приписывавшего магниту душу», однако возвращаться к Фалесу было поздновато!

17. РОЖДЕНИЕ НАУКИ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ

Гильберту мы обязаны зарождением науки об электричестве, остававшейся до 1600 г. практически на уровне знаний Фалеса, когда было известно лишь, что натертый янтарь - а может быть, еще некое неведомое вещество, называемое «линкурием», - притягивает соломинки. Трудно поверить, что такое универсальное свойство приписывалось в течение многих столетий только янтарю. Одна из главных причин, пожалуй, заключается в том, что электризация трением других тел настолько слаба, что эффект ускользает, если нет чувствительных приспособлений, позволяющих специально его выделить. Говоря современным языком, нужно было преодолеть порог явления.

Возможно, это предвидел знаменитый поэт и ученый Джероламо Фрака-сторо (1483-1553), который в 1550 г. в книге «De sympathia et antipathia rerum» («О симпатии и антипатии вещей») описывает прибор, состоящий из стерженька, подвешенного в одной точке наподобие магнитной стрелки. С помощью такого прибора Фракасторо устанавливает, что янтарь притягивает не только соломинки, но и серебро.

Но если Фракасторо не пошел дальше в своем экспериментальном исследовании, то Гильберт, поняв, какую помощь мог бы ему оказать прибор Фракасторо, тотчас сам изготовил его, назвал его версором и систематически применял в своих исследованиях, описанных в гл. II книги II «О магнитах».

С помощью этого первого электроскопа Гильберт показал, что притягивает не только натертый янтарь, но и алмаз, сапфир, карбункул, опал, аметист, берилл, горный хрусталь, стекло, сланцы, сера, сургуч, каменная соль, квасцы. Все эти тела он назвал «электрическими телами». Абстрактное понятие «электричество» появилось в 1650 г. Гильберт установил также, что каждое из этих тел притягивает не только соломинки и щепочки, но и все «металлы, дерево, листья, камни, комки земли и даже воду и масло».

Гильберт полагал, что другие тела не притягиваются подобно металлам, многим сортам дерева и камня. Он заметил также, что пламя уничтожает свойство притягивания, приобретаемое при трении.

После столь обильной экспериментальной жатвы Гильберт попытался построить теорию притяжения электрических тел. Он отбросил оба объяснения, дававшиеся в XVI веке притяжению янтарем. Одно предполагало, что теплота обладает свойством притягивать и янтарь притягивает именно потому, что нагревается от трения. Но уже Бенедетти показал, что теплота обладает свойством разрежать или конденсировать, а отнюдь не притягивать. Гильберт повторяет рассуждение Бенедетти, добавляя, что если бы теплота обладала свойством притягивать, то притягивали бы все нагретые тела, а не только янтарь. Другая теория была весьма древнего происхождения, так как восходила еще к Лукрецию. Согласно этой теории, истечения от натертого янтаря вызывают разрежение воздуха, так что соломинки вталкиваются более плотным воздухом в частичный вакуум, образуемый этими истечениями. Однако, если бы было так, замечает английский ученый, горячие тела и пламя тоже должны были бы притягивать, а наэлектризованное тело должно было бы притягивать пламя находящейся поблизости свечи, но оно не только не притягивает его, а даже теряет свою силу в присутствии пламени.

Критика Гильберта, безусловно, правильна, но выдвигаемая им теория представляется не более правдоподобной, чем отвергаемые. Согласно Гильберту, все тела берут начало только от двух первичных элементов - воды и земли. Те, которые берут начало от воды, обладают свойством притягивать, потому что из воды исходят особые истечения, которые «подобно распростертым рукам» хватают тело и несут его к источнику истечения. И, проникнув в него и как бы зацепив его, они удерживают это тело, пока не ослабеют и, обессилев, не отпустят жертву. В таком духе рассматриваются и другие случаи. Нельзя сказать, чтобы теория Гильберта была лучше теорий Кардана или Порты.

Подчеркивая различие между магнитным и электрическим притяжением (оно было замечено еще Карданом, тогда как раньше оба эти явления считались одной природы), Гильберт заметил еще один важный факт: влажные тела трудно поддаются электризации трением, тогда как на притяжении магнитов влажность не сказывается.

Не останавливаясь на других характерных различиях электрических и магнитных явлений, заметим в заключение, что наука об электричестве, сводившаяся раньше к единственному забавному факту, была благодаря Гильберту обогащена многочисленными новыми явлениями, точными наблюдениями, инструментальной техникой, которая сама по себе есть новый этап в науке. Уильям Гильберт вполне заслуживает титула «отца науки об электричестве».

 

Top