Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века

• Название: Научная революция XVII века
• Автор: Владимир Кирсанов
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1987

Книга посвящена формированию основных представлений классической науки в XVII в., процессу, который получил название научной революции. Основное место отведено физико-математическим наукам, в развитии которых ярче всего отразились основные черты научной революции. Прослеживаются главные линии этого процесса, связанные в первую очередь с именами Кеплера, Галилея, Декарта, Гюйгенса и Ньютона. Большое внимание уделено первоисточникам — многие отрывки из научных трудов и переписки создателей новой науки публикуются на русском языке впервые. Учтены результаты позднейших исследований по истории науки, которые позволяют по-новому взглянуть на многие события того времени.

---

Занятия астрономией не помешали Гюйгенсу совершить свое первое путешествие во Францию, где он провел вторую половину 1655 г. За это время он наладил связи с французскими учеными, что было для него особенно существенно, ибо после смерти Мерсенна в 1648 г. контакты с Францией стали резко ослабевать. Он познакомился с Гассенди, многие идеи которого разделял (например, он признавал существование пустоты и реальность атомов), Робервалем, парижским астрономом Исмаэлем Буйо и многими другими. Во Франции он формально закончил свое образование, сдав в университете Анжера экзамены на степень доктора права. Впрочем, его юридическое образование так й осталось данью семейной традиции — Гюйгенс никогда его и не пытался применить на практике.

Гюйгенса многое роднит с Галилеем; различные по темпераменту, они были сходны по научным пристрастиям: оба преклонялись перед Архимедом и считали его примером для подражания. Даже детство у них было похожим — оба воспитывались в обстановке любви к искусству, причем и для Галилея, и для Гюйгенса музыка была той атмосферой, в которой они росли. Галилей был безразличен к религии, а для Гюйгенса это характерно в еще большей степени. «Когда в 1660 г. иезуитский математик патер Такэ попытался совратить его в католицизм, то Гюйгенс написал ему, что все это далеко отстоит от очевидности геометрических доказательств» [18, с. 127]. Многие проблемы, которые пытался решить Галилей, представляли собой предмет исследований Гюйгенса. Таковой была работа о кольце Сатурна, а в 1656 г. он занялся проблемой, которая интересовала Галилея в конце его жизни, а именно использованием маятника в качестве регулятора хода часов. Изохронизм колебаний маятника был открыт Галилеем еще в юности, но лишь в 1641 г. он решил использовать его в часах. В следующем году Галилей умер, и работу продолжил его сын Винченцо. Нам не известно, удалось ли Винченцо довести дело до конца, но существуют веские доказательства, что маятниковые часы были построены учеником Галилея Вивиани — это следует из описи его наследства и сохранившегося рисунка [19, с. 91].

Для морской державы, какой была Голландия, особенно остро чувствовалась необходимость в надежном способе определения долготы на море, что можно было бы осуществить, имея надежные часы. В свою очередь, для создания маятниковых часов нужно было решить две главные проблемы: сделать колебания маятника изохронными (что приближенно справедливо только при малых амплитудах) и найти способ передачи равномерного хода от маятника к остальному механизму часов. Первая задача была решена Гюйгенсом позднее, важно было решить сначала вторую задачу. Он сделал это в 1657 г., придумав так называемый анкерный спуск, который с той поры повсеместно используется в часах. У Галилея был так называемый крючковый спуск, устройство значительно менее надежное — не известно, ходили ли в действительности часы, построенные по галилеевскому принципу, или нет. Гюйгенс же изготовил в том же 1657 г. часы с применением анкерного спуска и получил на них патент от Генеральных штатов, которые гарантировали ему привилегию в течение 21 года. Он описал их устройство в небольшой книге под названием «Часы» (не следует путать с «Маятниковыми часами», написанными позже), изданной в Гааге в 1658 г. Изобретение имело большой успех, и вскоре были построены первые башенные часы с маятником, установленные в Схевенингене близ Гааги и в Утрехте.

После 1658 г. Гюйгенс продолжает заниматься теорией часов с маятником, пытаясь решить проблему изохронности. После года напряженной работы ему удалось показать, что период маятника будет совершенно независим от амплитуды, если его груз будет двигаться не по окружности, а по циклоиде. Теперь задача состояла в том, как такое движение осуществить. Наиболее естественным решением было как-то ограничить движение маятника с помощью «щек», установленных вблизи точки повеса. Тогда задача видоизменялась: необходимо было найти соответствующую форму «щек». Этот вопрос привел Гюйгенса к разработке математической теории эволют.

Рассмотрим нить постоянной длины, которая разматывается с выпуклой кривой а. Конец этой нити будет описывать некоторую кривую b, которая называется эвольвентой. Соответственно первая кривая a называется эволютой. Следовательно, задача о форме «щек» сводилась к построению эволюты к эвольвенте, являющейся циклоидой. Гюйгенсу удалось найти общий метод построения эволюты к кривой по ее алгебраическому уравнению. Оказалось, что эволютой циклоиды будет также циклоида, это решение определило форму «щек», а размер их определялся длиной маятника. В дальнейшем проблема зависимости периода маятника от его длины и связанная с этим теория центра качаний становится одной из центральных в творчестве Гюйгенса, но решение ее будет дано лишь спустя 13 лет в книге «Маятниковые часы». Промежуток времени, отделяющий «Часы» от «Маятниковых часов», наполнен множеством важных событий в его жизни — это период путешествий, новых знакомств и занятий, время, когда достижения Гюйгенса получают официальное признание, а он сам становится членом двух только что организованных крупнейших научных академий Европы.

Во второй половине XVII в. в научной жизни Европы происходят важные изменения вследствие того, что ученые начинают все больше ощущать давление государства и его вмешательство в их деятельность. Сам факт такого вмешательства наряду с отрицательными моментами имел и положительный, а именно начавшуюся институционализацию науки и связанное с ней улучшение научных связей, равно как и распространение научной информации. Мы видим также повсеместное увеличение числа людей, занимающихся научными исследованиями. Несмотря на то что во Франции спустя лишь 20 лет после смерти Декарта его сочинения были включены в Индекс запрещенных книг, а его философия подвергалась жестоким гонениям со стороны иезуитов, картезианство как философская система и как картина мира получило широчайшее распространение. Вместе с изменениями, произошедшими в жизни европейского общества, изменился и стиль мышления, в первую очередь ученых.

Одной из характерных черт этого сдвига была ощущаемая всеми потребность если не коллективной работы, то коллективного обсуждения научных проблем, причем регулярного обсуждения. Она реализовывалась и раньше в научных кружках, разбросанных по всей Франции, но все-таки занятия таких кружков носили отпечаток дилетантства. Теперь все более ощущалась потребность профессионализма, пусть еще не скоро достижимого, но цели мало-помалу определялись и направление процесса было всем очевидно. Подчеркнем, что процесс этот был общеевропейским, хотя наиболее внушительные результаты были достигнуты в Англии и отчасти во Франции.

Первой ласточкой нового движения было создание во Флоренции Академии опытов (Accademia del Cimento), которая по примеру Академии деи Линчей (Accademia dei Lincei) (распавшейся в 1630 г. после смерти ее организатора и покровителя князя Федерико Чези) замышлялась для пропаганды науки и «должна была способствовать расширению познаний в области физики путем коллективной деятельности своих членов, следуя методу, установленному Галилеем, на работы которого она опиралась» [19, с. 110]. Хотя Академия опытов просуществовала всего десять лет, ее деятельность стала вдохновляющим примером для других стран Европы. Результаты работ Академии были опубликованы в 1667 г. под заглавием «Очерки о естественнонаучной деятельности Академии опытов».

Часы, построенные Гюйгенсом

В Англии знаменитое Лондонское королевское общество возникло из частного кружка, с 1645 г. регулярно проводившего свои собрания в доме одного из членов, а с 1659 г. ― в Лондонском Грешэм-колледже. Членами этого «невидимого колледжа», как называл свой кружок один из его организаторов Роберт Бойль, были многие выдающиеся английские ученые, в том числе (кроме Бойля) Кристофер Рен, Джон Валлис, Вильям Нейл и Вильям Броункер. В 1660 г. частный кружок, получив поддержку и покровительство только что вступившего на престол Карла II, был преобразован в «Лондонское королевское общество для развития знаний о природе» — Royal Society of London for Improving Natural Knowledge.

Организация Общества была четко продумана. Прежде всего Общество стремилось (хотя и под покровительством короля) к независимости. Финансовая независимость определялась тем, что каждый член Общества платил вступительный взнос в полфунта стерлингов и еженедельный взнос в один шиллинг. Для того времени это были немалые деньги, особенно если учесть, что число членов в первый год существования Общества приближалось к сотне, а спустя десятилетие оно возросло вдвое (для сравнения заметим, что стипендия кембриджских аспирантов равнялась 4 фунтам в год [20, с. 100]. С другой стороны, независимость членов Общества определялась тем, что каждый мог свободно избирать тему и предмет своего исследования — они не диктовались ни уставом Общества, ни его патроном, королем. Общество декларировало лишь общие методы и цели исследований, и в этом смысле оно находилось под сильнейшим влиянием идей Бэкона, недаром на гравюре, открывающей первую книгу об истории Общества, написанную Томасом Спретом в 1667 г., мы видим символическую картину, на которой изображены король Карл II, президент Общества Броункер и Фрэнсис Бэкон.