Чем мир держится?

Владимир Ильич Ленин писал: «Весь дух марксизма, вся его система требует, чтобы каждое положение рассматривать лишь (а) исторически; (β) лишь в связи с другими; (γ) лишь в связи с конкретным опытом истории».

Мы пройдем в книге по пути, которым развивалась идея тяготения, и будем более или менее внимательно приглядываться к наиболее заметным вехам и памятникам по сторонам этого пути.

Рассказ о жизни замечательной идеи тяготения разбит на три части. Первая — «Вчера» — посвящена ее истории до появления общей теории относительности. Вторая — «Сегодня» — говорит о современной ситуации в науке о гравитации. Третья — «Завтра или никогда» — разнородна. В ней есть главы об открытиях, в неизбежности которых ученые уверены, есть попытки заглянуть в будущее науки, есть изложение идей, в чьей реальности большинство физиков сомневается.

Разумеется, такое деление книги весьма условно. История науки — часть ее, она проникает в сегодня так же, как и в завтра.

Идеи древних греков порою живо обсуждаются и сейчас на семинарах в физических институтах, предположения, выдвинутые сотни лет назад, могут обернуться реальностью в будущих экспериментах.

Путь познания неделим.

Вчера

Догадки. Аристотель и многие другие

«Лицом к лицу лица не увидать», — сказал поэт.

Человечество же всегда стояло лицом к лицу с тяготением. Оно было слишком близко, обыденно, повседневно. К нему настолько привыкли, что не замечали.

Оказалось легче и проще догадаться, что Земля — шар (кстати, одним из веских доводов против этого в течение двух тысяч лет считался вопрос, почему с Земли тогда не падают люди, живущие на «нижней стороне» такого шара?), чем обнаружить земное притяжение.

Мы восхищаемся гением древних греков, но как странно звучит сегодня предположение вёликого Платона о том, будто твердые тела падают на землю, а вода из облаков вливается в ручьи, реки и моря потому, что «подобное стремится к подобному». И все-таки это великолепная догадка, поскольку Платон сформулировал мысль о взаимном притяжении тел, пусть и видел он это притяжение не там и трактовал его неверно.

Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет. И уже в конце концов исполнение венчает мысль.

На первый взгляд кажется чрезвычайно огорчительной история взаимоотношений с тяготением величайшего ученого древности Аристотеля. Создастся впечатление, что этот творец двадцати наук — от логики до метеорологии, мудрейший из мудрых, человек, которого обычно включают в список десяти ученых, больше всего сделавших для человечества, тут ошибался чуть ли нс на каждом шагу, словно не мог разобраться в элементарных вещах. Вот, например, одна цитата: «Падение массы золота, или свинца, или какого-нибудь другого тела происходит тем быстрее, чем больше его размер». Это утверждение Аристотеля, как и некоторые другие, принималось потомками на веру две тысячи лет!

Что это — абсолютное отсутствие наблюдательности у гения? Конечно, нет. Не случайно же такое «отсутствие наблюдательности» проявляли ученые на протяжении еще девятнадцати веков. И совсем не только потому, что они находились в рабском подчинении авторитету Аристотеля — подчинении, заведомо отвергавшем всякую проверку утверждений древнего философа. Ведь его выводы проверяли, и кто! — например, сам Леонардо да Винчи. Великий художник и ученый бросал тела разного веса и пришел к тому же итогу: скорость падения зависит от веса тела.

В чем же здесь дело? Тут нужно искать причины прежде всего исторического характера. Древние еще не умели, по-видимому, вкладывать точный количественный смысл в понятия «быстрее» и «медленнее». Тяжелые тела действительно падали быстрее легких, а насколько именно — поди измерь… Число стало главным героем научных сражений лишь с приходом в науку Ньютона. Ведь даже Галилей далеко не всегда придавал численным определениям должное значение.

И все-таки Аристотель, даже допуская одну из самых поразительных своих «ошибок», мимоходом, обосновывая неверный вывод, знакомит нас с одним из своих самых поразительных научных прозрений. Он считал, что разная скорость падения тел объясняется их разной тяжестью и сопротивлением среды, в которой происходит падение. В пустоте все тела — тяжелые и легкие — падали бы одинаково быстро. Для Аристотеля это блестящее обобщение — тот самый прием, который в геометрии называется приведением к абсурду. Ведь пустоты, по мнению философа, в природе не только нет, по и быть не может. Природа боится пустоты. Значит, не могут тела тяжелые и легкие падать с одной и той же скоростью…

Словом, на ошибках ученых прошлого можно изучать не только и даже не столько психологические тонкости индивидуального познания, но и исторические особенности мышления целых эпох.

Одной из важнейших дат в истории физики считается по нраву 365 год до н. э. В этом году девятнадцатилетний Аристотель — впервые в мире — отметил, что свободное падение тел представляет собой ускоренное движение.

Касаясь причины того, почему предметы падают на землю, а пар поднимается к небу, Аристотель с его стремлением к «устроению» строгого и точного миропорядка давал (вслед за Платоном) этому простое объяснение. В мироздании всему отведено свое место. Планетам — круговые орбиты. А тяжелым телам — центр мира. И если что-то даже находится «не на своем месте», то оно во всяком случае стремится его занять.

Аристотель не был первым, кто задумался над тем, почему тяжелые тела падают на землю. Но его фигура олицетворяет для нас науку Древней Греции, его догадки, достижения и ошибки характерны для целой эпохи. Поэтому разговор о том, как началась наука о тяготении, естественно все-таки начать с рассказа об этом ученом.

Аристотель считался прямым потомком бога. Асклепий, бог исцелитель, покровитель медицины и врачей, хранитель здоровья — отличный божественный предок. В длинной линии поименно перечисляемых его потомков — Аристотель. Но вопреки традиции врачом Аристотель не стал, хотя его прадед, дед и отец занимали почетные и доходные должности придворных врачей македонских владык. Он получил признание еще при жизни, более того — в относительно молодые годы, и получил полной мерой. Филипп Македонский, недавний пациент и покровитель отца Аристотеля, пригласил ученого, которому тогда было сорок с небольшим, в учители к своему сыну Александру. И написал, мол, не тем он счастлив, что есть у него сын Александр, а тем, что может этот сын учиться у Аристотеля. Плата за уроки была поистине царской. Восстановил македонский царь Стагиру, родной город Аристотеля, взятый незадолго до того штурмом и разрушенный, и собрал в него прежних жителей, большую часть которых пришлось для этого выкупить из рабства.

Но главным занятием Аристотеля было не обучение царевичей, а создание новых наук. Можно даже сказать: Науки — с большой буквы.

Не мог он не высказаться и о тяготении. И о движении тоже (а мы увидим дальше, как тесно связаны природой эти два понятия), Аристотель полагал, что тело движется, пока на него влияет какая-то сила. Перестанет она действовать — тело остановится. Как просто! Но не надо сразу смеяться. Хорошо нам — после Галилея и Ньютона. Альберт Эйнштейн не осуждал гениального грека. В книге «Эволюция физики», написанной совместно Эйнштейном и Инфельдом, так я говорится, что это положение Аристотеля, по существу, отвечает обычному житейскому опыту.

Закон инерции, кажущийся нам сейчас очевидным, нельзя было, с точки зрения авторов «Эволюции физики», просто и прямо вывести из реальных обыденных событий. Тут требовалась высокая степень абстрактного мышления. Чтобы достигнуть ее, человечеству пришлось дожидаться появления сначала Галилея, а потом Ньютона. А для IV века до н. э. то, что можно назвать «Законом Аристотеля», было, выходит, вполне допустимым обобщением. Неверным? Да нет, верным — по крайней мере на первый взгляд, даже на первый взгляд настоящего ученого — кто посмеет сказать, что Аристотель им не был?