Roger Orrit - Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.

• Название: Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.
• Автор: Roger Orrit
• Издательство: ООО «Де Агостини»,
• Жанр: Научпоп

Гениальный ученый Галилео Галилей посвятил свою жизнь нескольким областям науки. Во-первых, он проводил астрономические наблюдения, благодаря которым сделал удивительные открытия фаз Венеры, спутников Юпитера, неровной поверхности Луны и пятен на Солнце. Во-вторых, он изучал движение тел. в результате чего поставил под сомнение всю аристотелевскую физику, господствовавшую в западной науке на протяжении 2000 лет. Но главной заслугой ученого, оставившей наиболее глубокий след в истории, стало его стремление даже под риском смерти на костре отстаивать новый способ изучения мира - научный метод, основанный на эмпирических фактах и математической точности.

---

То, что у Галилея был свободный доступ к трудам таких блестящих математиков, как Архимед (ок. 287-212 до н.э.) или Евклид (ок. 325-265 до н.э.), не было случайностью, ведь именно в этот исторический период возвращается интерес к античности. К тому же после падения Константинополя в 1453 году в Италию попало множество рукописей классических авторов, например Платона. Интерес к математике был продиктован не только страстью к древности, но и желанием извлечь из этой науки практическую пользу. Итальянские порты стали связующими центрами международной торговли между тремя континентами — Европой, Азией и Африкой. Просто сложения и вычитания уже не хватало, необходимо было развивать статистику, а для этого нужны были специалисты. В это же время стало формироваться сословие банкиров, и им также нужна была помощь математиков. Таким образом, главным союзником в распространении математической науки и трудов таких великих математиков прошлого, как Евклид и Архимед, стал капитализм.

Архимед на картине Доменико Фетти, написанной в 1620 году.

Галилей также изобрел термоскоп — инструмент, измеряющий температуру, который работал следующим образом: трубка, почти полностью заполненная водой, переворачивалась и ставилась в другой сосуд, также полный воды (см. рисунок на следующей странице). Воздух, находящийся в первой трубке, расширялся или сжимался в зависимости от температуры, поэтому уровень воды менялся. Этот прибор не был очень точным, но он демонстрирует, на что обращал внимание Галилей и что было главной составляющей научной деятельности того времени. Наука не удовлетворялась приблизительными данными, она требовала точности. Математика и научные приборы с этого момента становились ее союзниками.

Еще одним измерительным прибором, изобретенным Галилеем, был пропорциональный циркуль, состоящий из двух ножек с нанесеной шкалой. Он помогал проводить различные математические вычисления.

Циркуль задумывался как военное приспособление, чтобы вычислять высоту подъема ствола пушки для точного попадания снаряда, но у него обнаружилось множество других возможных применений, и поэтому устройство имело большой успех. Галилей продавал его, обучал использованию и даже написал руководство.

В этом объединении математики и экспериментального подхода состояла сила галилеевского метода, положившего начало современной науке. Галилей нашел способ изучения действительности, который был альтернативой действующему на тот момент аристотелевскому учению. С тех пор научный метод состоит в том, чтобы предложить гипотезу, описывающую какой-либо аспект действительности и сформулированную математически, вывести из нее эмпирические следствия, которые можно проверить при помощи экспериментов, а затем выделить действующие факторы и создать искусственную ситуацию для экспериментальной проверки этой гипотезы. Чтобы узнать, соответствуют ли математические прогнозы результатам наблюдений, используются точные приборы. Такой научный метод называют гипотетико-дедуктивным, а вклад Галилея в развитие всех его составляющих настолько велик, что его можно назвать первым современным ученым.

Термоскоп — это прибор, измеряющий разницу температур, но не измеряющий саму температуру, поскольку на нем нет шкалы. Принцип его работы очень прост: при повышении температуры воздух в трубке расширяется, толкая воду вниз, и напротив, когда воздух остывает, он сжимается, и уровень воды повышается.

СОПЕРНИК

Галилею несколько раз приходилось обращаться в суд по разным поводам. Один из первых случаев был связан с его циркулем. Ученый как раз собирался опубликовать инструкцию по его применению, когда с огромным удивлением обнаружил, что его опередил другой математик, который к тому же заявлял, что первым изобрел этот прибор. Галилея обвинили в плагиате, но впоследствии обман открылся. Конкуренция с другими учеными в то время была очень жесткой и повсеместной, поэтому Галилей всегда старался как можно скорее рассказать о своих изобретениях и открытиях широкой публике.

Пропорциональный циркуль, созданный Галилеем.

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ МАТЕМАТИК

В детские и отроческие годы Галилея ничто не предвещало, что он станет одним из самых крупных итальянских математиков. Напротив, казалось, он был более склонен к занятиям искусством. Его отец, Винченцо Галилей, был придворным музыкантом, виртуозным игроком на лютне, композитором и теоретиком музыки. Но творчеством, царившим в богемном доме Галилеев, нельзя было прокормиться, поэтому Винченцо занимался не только искусством и теорией музыки, но и торговлей шерстью.

ВИНЧЕНЦО ГАЛИЛЕЙ, СТРАСТНЫЙ МУЗЫКАНТ

Винченцо Галилей (1520-1591) написал несколько трактатов о музыке, самым ярким из которых является «Диалог об античной и современной музыке». В этой работе, построенной в форме диалога, которую впоследствии использовал и Галилео, есть очень интересный абзац, в котором проявляется та же склонность бунтовать против принятых истин, что и у сына:

«Мне кажется, что те, кто основывается только на доводах авторитетов, чтобы отстаивать свои утверждения, не ища разумных аргументов в их поддержку, действуют глупо. Я хотел бы иметь возможность все ставить под вопрос и отвечать свободно, ни перед кем не заискивая».

Между отношением Винченцо к музыке и отношением Галилео к науке прослеживаются любопытные параллели. Отец ставил опыты по гармонии, в которых ему помогал сын. Он использовал различные веса и музыкальные струны, чтобы установить математическую причину натяжения струн, производящего созвучие. Возможно, эта открытость к экспериментам и подтолкнула Галилея отойти от математики, в результате чего он стал первым современным физиком. Винченцо также жестко критиковал безжизненность церковной музыки и выступал за ее обновление (так же, как Галилей впоследствии будет критиковать мировоззрение Аристотеля). Композитор обладал чрезвычайно беспокойным характером. Винченцо Галилей состоял в переписке с самыми выдающимися теоретиками музыки того времени, среди которых были Джозеффо Царлино (1517-1590) и Джироламо Меи (1519-1594).

Торговые дела привели его в Пизу, где 15 февраля 1564 года родился Галилей, первый из шести детей. Мы знаем о жизни только трех его братьев и сестер: Вирджинии, Микеланджело и Ливии, поскольку в зрелом возрасте Галилею пришлось взять на себя заботу о них. Очень мало известно о матери ученого, Джулии Амманнати ди Пеша, мы знаем о ней только благодаря нескольким ее письмам, дошедшим до нас. Галилей родился через год после Тридентского собора — церковного совета, на котором была сделана попытка противостоять повсеместному распространению протестантства. После Собора Церковь заняла еще более жесткую позицию и создала Индекс запрещенных книг, инструмент цензуры и контроля. Преследование Инквизицией еретических идей поощрялось. Господствующая роль Церкви в ту эпоху отразилась и на жизни Галилея.

Первоначальное обучение он получил на дому, а отец давал сыну уроки музыки (позже Галилео виртуозно играл на лютне). У мальчика также обнаружился интерес и способности к живописи. Иллюстрации, которые Галилей сам делал к своим книгам, — это маленькие произведения искусства, да и сами книги написаны с безусловным талантом и занимают важное место в итальянской литературе. Когда сыну было десять лет, Винченцо решил, что для него лучше будет продолжить образование в монастыре Санта Мария Валломброза, недалеко от Флоренции, куда семья вернулась в 1574 году.

Галилей прожил в монастыре пять лет, получил базовое гуманитарное образование и решил стать послушником. Отец, не колеблясь, заставил сына выкинуть из головы решение о церковном призвании. Под тем предлогом, что в монастыре Галилею не оказывали необходимого медицинского ухода для лечения глазной инфекции, Винченцо забрал сына во Флоренцию, где тот вновь стал частью семьи и быстро позабыл о религиозном пути.

Видя склонность Галилео к умственной деятельности, Винченцо решил опять отправить его в Пизу — учиться на медицинском факультете местного университета. Он был уверен, что профессия врача позволит сыну никогда не испытывать стесненности в финансах, так знакомой ему самому. В семейной родословной уже был один знаменитый медик, поэтому Винченцо казалось, что он придумал идеальный план.

В 1581 году Галилей поступил на факультет искусств, чтобы защищать диплом по медицине. И хотя он не закончил свое обучение, университетская жизнь оказала огромное влияние на его формирование как человека и ученого. Галилей узнал о теориях и концепциях, которые потом сопровождали его всю жизнь, с которыми он боролся и которыми вдохновлялся: физика Аристотеля, астрономия Птолемея, математические понятия... Впоследствии благодаря полученным обширным знаниям он мог со знанием дела указывать на недостатки этих теорий. Товарищи по факультету быстро прозвали Галилея спорщиком за задиристый характер и склонность к диспутам.