Причина времени

Глава 3

ПУЛЬС ГАЛИЛЕЯ

Свойства времени суть просто свойства часов, подобно тому как свойства пространства есть свойства измерительных инструментов.

Анри Пуанкаре.

Пространство и время.

Созданная Платоном и Аристотелем картина мира господствовала в течение полутора тысячи лет. И то общее представление об устройстве мироздания, в центре которого расположена Земля, согласованное одновременно и с принятым христианством и с теорией Птолемея, сгорело вместе с костром на площади Цветов в Риме и началась собственно наука. Она началась с Галилея.

Он был абсолютно непривычным для прежнего мышления человеком. Он не объяснял мир, а молча изменял его, хотя и пытался как-то согласовать то, что он делает, с тем, что нужно об этом думать. Он не теоретик в том смысле, чтобы объяснить Вселенную и свести ее к чему-то близкому человеку. Галилей, впрочем, не собирался воевать с церковью или ставить под сомнение божественное устроение мира. (7). На него пал выбор Провидения соединить, наконец, математический метод с физическим смыслом мироздания, с конкретным движением тел, и уж метод сам по себе, без его ведома вступил в противоречие с библейским объяснением мира и победил. Движение тел, собственно, в самом широком смысле и есть объект внимания Галилея. Он стремится согласовать видимое движение тел – от далеких небесных до непосредственно ощутимых – с евклидовой геометрией.

Он искусный механик, создает инструменты, часы, зрительные трубы, телескопы. Его интересует точность в наблюдениях и измерениях. С нее все и началось. Научный способ мышления заключается, по сути дела, в уяснении проблем и в уменьшении, выделении, уточнении объекта до такой степени, чтобы он стал обозрим и поддался измерению. Изобретение способа измерения и составляет прерогативу науки.

Говорят, будто Галилей, будучи совсем еще молодым исследователем, аспирантом по нашим понятиям, бросал с Пизанской башни, которая уже тогда была наклонной, различные предметы и отмечал время их падение по биению собственного пульса. И таким образом заметил, что их ускорение не зависит от того материала, из которого они сделаны.

Сейчас это кажется банальным, но не в то время. Его опыт означал покушение на аристотелевские основы движения, согласно которым каждый предмет движется в соответствии с природой тех элементов, которые входят в его состав. Элементов четыре, как учил Аристотель: земля, вода, воздух и огонь. В чистом виде, конечно, эти элементы встречаются не часто, по большей части они смешаны в телах в различных пропорциях, но порождающая все движения движущая сила отвечает преобладающему элементу и проявляется в том, что каждый элемент в силу своей природы стремится занять положенное ему место. Земля тяжелая, она – внизу, следовательно, предметы, составленные из нее или преимущественно из нее, стремятся вниз. Над землей, объемля ее, расположена вода, поэтому все вещи, в состав которых она входит, будут двигаться к своему местоположению выше земли, но ниже воздуха, который, естественно, легче воды. Ну и над всем царит огонь, и все “огненные” вещи поднимаются вверх, горячий воздух, например. Есть еще эфир, но он выше воздуха и потому недоступен и малопонятен, он никуда не движется, а все проникает.

Так вот, бросая свои шары с башни, Галилей заметил, что все они достигают подножия ее за определенное количество ударов пульса. И следовательно, закономерность в падении кроется совсем не там, где ее искали, не в разделении движения по сортам своих элементов, и по своим движущим силам, а совсем в другом – в одинаковом ускорении падающих тел. Различные по размерам и весам шары падают с одинаковым ускорением (если исключить сопротивление воздуха). Закономерность внезапно открылась в единстве, в повторяющемся независимо от различных условий правиле. И он вывел это правило, связав между собой не происхождение вещей по их природе, составу, весу и еще множеству разнообразных свойств, а вовсе независимо от всего этого по действующему соотношению между пройденным расстоянием и затраченному на это прохождение времени.

Стоит задержаться немного на этом моменте и подумать, что именно произошло и почему такое кажущееся простым наблюдение молодого ученого оказалось таким необыкновенно важным. Говорят, что современная наука создана в семнадцатом веке и началась она с Галилея. Однако следует уточнить. Наука существовала и до Галилея, он и сам ее изучал и преподавал. Она состояла в основном из евклидовой геометрии и других математических дисциплин. Более того, математика и в особенности геометрия применялась и к изучению природы, но – заметим! – в довольно ограниченных пределах. Изучались статические соотношения объектов, находились посредством геометрических приемов их центры тяжести, закономерности равновесия различных тел, рычаги, плечи т.д. Огромная область реального окружающего мира – движение оставалась за пределами точного знания. Суждения об этой области были крайне приблизительными, основывались на общих соображениях аристотелевской картины мира, о которых выше говорилось.

Что лежит в основе любого измерения? Некий эталон, образец, прикладываемый к измеряемому телу. Иначе говоря, сравнение уже имеющейся одной единицы с нужным объектом, который состоит из некоторого количества этих единиц. Всякие футы, локти, сажени, пяди, то есть всегда готовые к применению примерно одинаковые по размеру части человеческого тела употреблялись на практике для измерения размеров тел. В науке они превратились в более строгие меры. Легко измерить неподвижный объект, но если он совершает даже простые движения, то чем их зафиксировать, какой образец “приложить”?

Мысль о связи между движением тел и временем казалась естественной, она обсуждалась образованными людьми начиная с Зенона, как мы видели. Но интуитивно понимаемая связь – одно, а точное измерение – другое. Весь смысл тут в слове “точное”. Идея приложить к движущемуся телу такой странный объект как время, который всегда вроде бы есть, но природа которого неясна, тоже не принадлежит Галилею. Он сделал совсем маленький шаг. Но он оказался необходим и достаточен, чтобы открылись совсем иные, необозримые горизонты. Так человек, поднимающийся вдоль отвесной стены по приставной деревянной лестнице, делает последний, ничем от других по размеру не отличающийся шаг, который решает все, потому что в результате его голова поднимается над стеной и вместо грубой ее поверхности видит вдруг пространство за стеной, дальний горизонт, видит разом все. Ради этой радости исследователь и работает.

Галилей ввел в науку новый объект – невидимый, правда, неосязаемый, непонятный по своей генерации, но зато исключительно несомненный, какой-то поразительно незыблемо существующий и – что важно! – существующий именно в том качестве, которое необходимо для данного случая, в качестве длительности. Что длится, не ясно, но какое это имеет значение, если никто и никогда не усомнился именно в этом свойстве времени – в его способности длиться и для всех людей одинаково. Этого достаточно, оно и есть искомый эталон, который можно приложить к необозримому миру перемещений, круговых и прямолинейных траекторий, волновых колебаний. Его ритмичный пульс стал выполнять ту же роль, что пяди и футы.

Разумеется, Галилей не был первым, кто связал время и движение между собой. Представления о скоростях, то есть об отношении перемещения к времени, начиная с интуитивных соображений здравого смысла и кончая формальными, уже были (8). И вся заслуга Галилея, его маленький шаг состоял в изобретения удобного и универсального способа использования времени для измерения движения. Вся наука нового времени началась с одной “небольшой” теоремы, в которой освоено практически, выведен правило связи, всегда однообразной закономерной связи между временем и преодолением расстояния. Галилей не рассуждает о времени, оно ему как сущность (то есть как философское понятие) не интересно. Он ничего о нем не говорит, для него не важно, что оно такое. Поскольку нужно было что-то сказать о применяемом главном инструменте своих формул, Галилей в “Беседах” “определяет” время как “общепонятное”, “общепринятое”. То есть он пользуется тем обыденным представлением о времени, которое сложилось до него. Есть что-то, что мы измеряем часами. Зато часы, как инструмент механики, Галилея очень и очень интересуют. И он, конечно, использует не только такие природные счетчики времени, как собственный пульс, но конструирует водяные часы. В этом весь его характер. Он творец, создатель счета времени, оператор и пользователь времени.