Владимир Келлер - Возвращение чародея

• Название: Возвращение чародея
• Автор: Владимир Келлер
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Физика
• Год: 1970

Эта книга — увлекательный рассказ о научном познании окружающего мира. Она знакомит школьников 8–10-х классов с широким кругом вопросов классической и современной физики. Много интересного узнают ребята о законах механического движения, об энергии и ее источниках, о различных состояниях вещества, о законах движения в микромире и не решенных еще научных проблемах.

---

История говорит, что лучше всех их выразил, пропустив через умозрительную логику, великий мудрец древности Аристотель. По Аристотелю, движение подчинено следующим основным двум законам:

все тела падают со скоростью, пропорциональной их весу (значит, гиря весом 2 килограмма будет падать вдвое быстрее гири весом 1 килограмм);

если на предмет не действует никакая внешняя сила, он будет пребывать в покое.

Слава этого мудреца была столь велика, а его учение на протяжении без малого двух тысячелетий казалось столь безупречным, что долго никому и в голову не приходило подвергать сомнению эти законы движения. Даже еще в 1500 году говорили: «Чтобы стать ученым, надо наизусть знать Аристотеля. Не обязательно понимать его, но сомневаться в его словах нельзя, это богохульство».

Первым, кто открыто выразил сомнение в аристотелевских принципах движения, был молодой профессор Пизанского университета в Италии Галилео Галилей (1564–1642). Живший в эпоху великого переворота в умах и понятиях людей, известную под названием эпохи Возрождения, Галилей внес в нее свой вклад ученого-естествоиспытателя.

Галилео Галилей был виднейшим основоположником экспериментального естествознания. Обучаясь в Пизанском университете, он брал частные уроки математики у известного архитектора и педагога технической академии того времени — Остилио Риччи, и, по-видимому, эти уроки показали молодому Галилею, какие благотворные возможности для познания природы таит в себе сочетание теории и практики.

Став профессором физики и военно-инженерного дела в Падуе, Галилей устроил в своем доме мастерскую и набрал в нее ассистентами толковых ремесленников. Так была основана первая в истории университетская лаборатория.

Практика постоянно давала Галилею могучие импульсы для теоретических исследований. Например, трудности, с которыми столкнулись артиллеристы при вычислении траекторий снарядов, побудили Галилея изучить вопрос о падении тел. Он блестяще решил проблему, сочетая физический эксперимент с теоретическим математическим методом. Оказалось, что, двигаясь в безвоздушном пространстве под действием одной только силы тяготения, тела описывали бы параболическую траекторию.

Около 1600 года в Голландии появился прототип телескопа. Легенда уверяет, что все началось с того, что один ребенок в мастерской Липпершея посмотрел через две линзы в окно и заметил, что предметы, находящиеся снаружи, стали казаться гораздо ближе. «А ведь при помощи таких линз можно издалека наблюдать приближение неприятельских войск!» — сразу сообразили голландцы. Так или иначе, но в 1609 году на основе отрывочных сведений из Голландии Галилей сконструировал уже настоящий телескоп, сперва с трехкратным, а потом и с тридцатикратным увеличением. Гениальный итальянец тотчас направил свой телескоп в небо. За несколько первых же ночей наблюдения он увидел достаточно, для того чтобы разгромить аристотелевскую картину этой стихии. Луна оказалась не идеальной сферой, как считалось раньше, а покрытой «морями» и горами; Венера, как и Луна, имела фазы; а Сатурн предстал перед наблюдателем разделенным на три планеты. Были и другие неожиданные открытия.

Галилей сразу почувствовал революционный характер своих наблюдений и в 1610 году опубликовал книгу «Звездный вестник», которая затем оказалась самой ходкой научной книгой того времени.

Галилей всячески превозносил разум и его возможности. В своих трудах и выступлениях он утверждал, что человеческое познание безгранично, что для него не существует никаких пределов. Правда, мир исключительно богат и разнообразен, никто не решится сказать, что знает все о природе. Но, несмотря на это, писал Галилей: «Человеческий разум познает некоторые истины столь совершенно и с такой абсолютной достоверностью, какую имеет сама природа».

Однажды в присутствии студентов и резко настроенных против него ученых Галилей взобрался на знаменитую падающую башню в Пизе и осторожно бросил с 56-метровой высоты одновременно большое пушечное ядро и маленькую мушкетную пулю. Вопреки тому, что следовало из учения Аристотеля, ядро не упало раньше. Оба предмета ударились о землю одновременно.

В наш век подобный опыт убедил бы всех (если бы оставались неубежденные), что при сравнительно ничтожном влиянии сопротивления воздуха все свободно падающие тела, независимо от веса, падают с одной и той же скоростью. Но мы живем в эпоху высокого уважения к эксперименту. Тогда же, в старину, истины выводились из общих рассуждений, опыт был не в моде. Поэтому лишь один профессор в тот памятный день признал правоту Галилея. Все остальные, присутствовавшие на опыте, хотя, быть может, в душе и чувствовали себя неправыми, резко обрушились на экспериментатора.

Уязвленное самолюбие, сила укоренившихся предрассудков, преклонение перед авторитетом великого греческого мудреца — все, вместе взятое, оказалось выше свидетельства эксперимента. В университетах продолжали преподавать физику по Аристотелю.

Было, правда, и в те времена весьма авторитетное свидетельство в пользу Галилея. Оно исходило от… Аристотеля. Греческий мудрец, оказывается, тоже считал, что в вакууме, то есть при отсутствии влияния на падающие тела воздушной подушки, все тела должны падать с одинаковой скоростью. Однако из этого верного умозрительного заключения Аристотель делал совершенно невероятный вывод: «Падение разных тел с одинаковой скоростью настолько абсурдно, что ясна невозможность существования вакуума».

Все же сомнение в правоте Аристотелева учения было заронено в сознание людей, и они не забыли эксперимента у Пизанской башни. Прошли годы, и день опыта Галилея был признан днем рождения экспериментального метода в науке. Сам Галилей был назван отцом экспериментальной физики.

Галилей положил краеугольный камень новой физики, названной затем классической. Эта физика пришла на смену умозрительной, как та, в свою очередь, пришла на смену наивным взглядам на движения в природе.

Современник Галилея английский философ Френсис Бэкон (1561–1626) говорил: «Человек ничего другого не может делать, как сближать или удалять тела; остальное делает за него природа». Так вот, если до Галилея такая деятельность людей исходила лишь из опыта предшествующих поколений и из интуиции, подкрепляемой обычно рассуждениями, то основатель новой физики показал иной путь ориентации человеческой деятельности — ориентации на основе опыта, предварительной практической проверки.

Отдавая должное Галилею, надо, однако, сразу сказать, что он все же не сумел до конца объяснить, почему свободно падающие тела ведут себя не так, как предполагал Аристотель, и почему неравные силы сообщают неравные же скорости брошенному камню, но в то же время приводят к падению различных тел с одной и той же скоростью.

Дальнейший вклад в объяснение этого внес другой великий естествоиспытатель — англичанин Исаак Ньютон (1642–1727), родившийся в год смерти Галилея.

«Быстрый разумом»

За окном падал крупными хлопьями снег. Вдалеке празднично звонили колокола. В такую ночь хорошо мечтать, но женщинам, собравшимся в одной из комнат старого, сложенного из серого камня дома, было не до этого. Тревога наполняла их сердца, и скрыть ее не удавалось.

— Какой крохотный! — воскликнула старушка в простом черном платье с белым передником и в высоком накрахмаленном чепце, какие носили вдовы Англии того времени. — Поместится в пивной кружке.

Женщина, лежавшая под одеялом, еще не видела сына, только что появившегося на свет: ее мать и соседка не спешили показывать ей такого хилого ребенка. Но Анна Ньютон — так звали женщину — знала, что он родился слишком рано, и боялась, что он настолько слаб, что жить не будет. Услышав слова соседки, она заплакала.

Было это зимой 1642 года в небольшом, поросшем мохом, доме близ деревни Колстерворд в английском графстве Линкольншир. Дом назывался «Вулсторп», и владело им небогатое семейство фермеров.

Тревога матери оказалась напрасной. Укрепляющие лекарства и заботы близких, особенно бабушки, спасли ребенка. Более того, ребенок очень быстро стал одним из самых крепких и здоровых малышей округи. Особой физической силой он, правда, не отличался, но никогда почти не болел.

Исааку Ньютону — речь идет о нем — было суждено прожить без малого 85 лет. Он непрерывно трудился и творил чуть ли не до последних своих дней.

До конца жизни он потерял всего лишь один зуб. Когда иные в окружении Ньютона вдруг узнавали, что их кумир на заре жизни носил укрепляющий воротничок (чтобы не падала головка на слабой шейке), они этому попросту не верили.

Довольно-таки ленивый в детстве, Ньютон, однако, в детстве же сумел себя как следует встряхнуть и научить работать. Окончив Кембриджский университет, он 29 лет от роду был избран членом Лондонского королевского общества (английской академии наук), а в 1690 году стал президентом этого общества.