Страница 7 из 76
Стевина сближает с Архимедом и его критика попыток древних и средневековых ученых объяснить свойства рычага свойствами круга. В «Приложении к статике» Стевин поместил специальный раздел, озаглавленный «Причина равновесия рычага ни в какой мере не зависит от дуг круга, которые описывают концы его».
Он пишет: «То, что равные грузы, подвешенные к равным плечам рычага, пребывают в равновесии, достаточно подтверждается нашим непосредственным чувством. Но причина того, что два неравных груза, подвешенных к неравным плечам рычага, пребывают в равновесии, если отношение их весов обратно пропорционально отношению тех плеч, к которым они прикреплены, отнюдь не столь очевидна. Древние полагали, что причина лежит в дугах круга, описываемых концами рычага. Это положение можно видеть в «Механике «Аристотеля и сочинениях его приверженцев. Что это ложно, мы докажем следующим способом: то, что неподвижно, не описывает круга — два груза, находящиеся в равновесии, неподвижны; следовательно, два груза, находящиеся в равновесии, не описывают никакого круга. Итак, никакого круга здесь нет; если же нет круга, то нет и причины, которую ему можно было бы приписать; причина равновесия рычага лежит поэтому не в дугах круга». Далее Стевин указывает, где в основном тексте книги он описывает и доказывает причину равновесия неравноплечного рычага и заключает: «И не приходится вовсе удивляться, что тот, кто принимает подобные ошибочные утверждения за истину, приходит к ряду ложных предположений…»
Вот что ставит имя Стевина в один ряд с величайшими творцами механики — он построил всю статику, исходя из принципа невозможности создания вечного двигателя. Впоследствии этот принцип будет восприниматься как одна из формулировок закона сохранения энергии. Но тогда… Ведь само понятие энергии было осознано лишь более чем два с половиной века спустя!..
Сейчас мы считаем закон сохранения энергии фундаментом науки. Он настолько прочен, что любое отклонение от него, обнаруженное в каком-либо опыте, трактуется как ошибка. Если же не удается обнаружить ошибку, то ученые предпочитают немедленно приняться за пересмотр теории, использованной при обработке результатов опыта, сколь точной она ни считалась до того. Классический тому пример-вынужденное предсказание физиком-теоретиком Паули существования неизвестной в его время частицы (нейтрино). Узнав, что опыты с бета-распадом радиоактивных веществ не совпадают с законами сохранения энергии и импульса (куда-то «исчезает» часть энергии), и не сомневаясь в их незыблемости, Паули начал искать причины несоответствия. Не обнаружив ошибок ни в постановке опыта, ни в методах его обработки и расчетах, он предсказал существование новой частицы. Паули наделил ее весьма необычными свойствами, но они позволяли согласовать результаты опыта с законами сохранения энергии и импульса. И все считали его теорию правильной, несмотря на неудачи многочисленных попыток обнаружить предсказанные частицы. Через много лет нейтрино были обнаружены, и это стало новым триумфом науки, новым подтверждением незыблемости законов сохранения энергии и импульса. Но это было все-таки в XX веке. Стевин же, ничего не зная о законе сохранения энергии, всю гидростатику, а вместе с ней и знаменитый закон Архимеда выводит из принципа невозможности вечного двигателя.
Как известно, одной из важнейших работ Архимеда является его трактат «О плавающих телах». В нем он ставит и решает основные задачи гидростатики, столь необходимой при строительстве кораблей. В этой работе содержится закон Архимеда и другие истины, ставшие фундаментом гидростатики. Все эти истины поняты Архимедом интуитивно. Стевин, продолжая традицию, доказывает справедливость закона Архимеда без реального опыта только на основе мысленного эксперимента и убеждения в том, что вечный двигатель невозможен. Для этого он сначала формулирует и доказывает следующую теорему: «Вода удерживает в воде любое положение».
Доказательство: «Если бы было иначе и часть воды А не осталась бы на месте, а опустилась в Д, то вода, которая заняла бы ее место, также опустилась бы по той же причине. Таким образом, вследствие перемещения части А, вода пришла бы в вечное движение, что является абсурдом».
Отметим характерную для Стевина четкость формулировки. Он считает невозможным отнюдь не факт вечного движения, а то, что некая материальная система могла бы самопроизвольно прийти в вечное движение вследствие неких скрытых причин («по той же причине»). Хотелось бы пожелать такой четкости формулировок многим современным авторам. Даже в прекрасных фейнмановских лекциях по физике имеется такая поразительно нечеткая фраза: «Именно недопустимость вечного движения и есть общая формулировка закона сохранения энергии». Правда, непосредственно за этим сказано: «Определяя вечное движение, нужно быть очень осторожным». Но далее тратится треть страницы для того, чтобы пояснить на частном примере, что речь идет, по существу, о циклическом вечном двигателе.
Стевин, по-видимому, сказал бы сразу: невозможность вечного двигателя есть общая формулировка — ему пришлось бы закончить словами — основ механики, ибо понятия энергии он не знал, не знал он и науки об электричестве и теплоте, о многом другом, известном нам. Но он первый, причем с полной ясностью, сформулировал причины невозможности вечного двигателя и положил это в основу современной ему физики.
Стевин бесстрашно начертил свой девиз «чудо не есть чудо» в страшные времена разгула невежества — за тринадцать лет до того, как другого борца за знания, Джордано Бруно, сожгли на костре…
Идеал Карно
Тяга к легендам, к их сотворению, слепая вера в них лежит, по-видимому, в глубинах человеческой психики. Стимулы, движущие мифотворцами, многообразны. Главная из них — неосознанное стремление к объяснению непонятного. Молния и гром — оружие Зевса. Циклопические сооружения в различных частях света — стартовые площадки инопланетян. Сколь ни фантастическим является объяснение, оно успокаивает: причина обнаружена, все кажется ясным. Возможно, поэтому так популярна сказка о яблоке Ньютона… И так правдоподобна история о пляшущей крышке чайника в кухне миссис Уатт…
Несомненно, у многих возникало желание докопаться до первопричин. Франклин и Рихман с риском для жизни экспериментируют с молниями, и Рихман гибнет, пораженный одной из них. Джордано Бруно отметает благостные сказки о божьем мире, ищет правду и во имя истины не отступает даже перед костром инквизиции.
На фоне этих величественных примеров кажется мелким желание историка приподнять крышку чайника миссис Уатт, чтобы узнать, что воодушевило ее сына. Но, несомненно, тайна психологии изобретателей и первооткрывателей, причудливый, никому до поры до времени непонятный ход их мыслей может составить историю не менее увлекательную, чем миф о Прометее. Тем более, что идеи, принадлежащие отдельному человеку, обычно возникают не на пустом месте. Преемственность подобно цементу скрепляет кирпичи науки, техники, самой цивилизации.
Историю паровой машины иногда прослеживают вплоть до Герона. Свыше двух тысяч лет назад он изготавливал не только игрушки, приводимые в действие паром, но и создал паровую машину, открывавшую двери храма. Эллины действительно обладали знаниями, достаточными для того, чтобы приступить к созданию паровых машин. Но они не пошли по этому пути. Вероятно, потому, что использование труда рабов лишало их стимула совершенствовать технику. Зачем ломать себе голову над усовершенствованием машин, если рабы все сделают и без них? Так и сложилось в этом древнем мире, кажущемся нам за далью времени идиллическим, убеждение, что изготовление и применение машин и орудий — занятие, недостойное свободного человека. А рабы были лишены доступа к знаниям.
Возрождение науки началось с механики. О паре вспомнили не скоро. Ученые тратили слишком много сил на развенчание мифов, пришедших к ним в книгах древних авторов. Одним из таких мифов было учение Аристотеля о том, что природа боится пустоты. Аристотель объяснял этим сцепление тел, действие всасывающего водяного насоса и многое другое.