Законы движения

Галилео Галилей родился как раз в ту эпоху, когда против тяжелого гнета церкви, против канонизированного ею учения Аристотеля восставала сама жизнь.

Первое открытие

Галилей вернулся в университет, но уже не на медицинский факультет, а на философский, где преподавали математику и физику. В те времена эти науки еще не отделялись от философии. На философском факультете Галилей решил терпеливо изучить Аристотеля.

Всем студентам, по университетским правилам, полагалось посещать церковь. Галилео, будучи верующим человеком, унаследовал от отца равнодушие к церковным обрядам, и ревностным молельщиком назвать его было нельзя. Как сообщает его ученик Вивиани, в 1583 году Галилей, находясь во время богослужения в Пизанском соборе, обратил внимание на люстру, подвешенную к потолку на тонких цепочках. Служители, зажигавшие свечи в люстрах, видимо, толкнули ее, и тяжелая люстра медленно раскачивалась.

Галилей стал наблюдать за ней: размахи люстры постепенно укорачивались, ослабевали, но Галилею показалось, что, хотя размахи люстры уменьшаются и затихают, время одного качания остается неизменным.

Галилей наблюдает качание люстры.

Чтобы проверить эту догадку, нужны были точные часы, а часов Галилей не имел — их тогда еще не изобрели. Юноша догадался использовать вместо секундомера биение своего сердца. Нащупав на руке пульсирующую жилку, Галилей считал удары пульса и одновременно качание люстры. Догадка как будто подтверждалась, но люстра, к сожалению, перестала качаться, а подтолкнуть ее во время богослужения Галилей не решился.

Вернувшись домой, Галилей привязал на нитки и стал раскачивать разные предметы, попавшиеся ему под руку: ключ от двери, камешки, пустую чернильницу и другие грузики. Эти самодельные маятники он подвесил к потолку и смотрел, как они качаются. Отсчет времени он по-прежнему вел по ударам пульса.

Прежде всего Галилей убедился, что легкие предметы качаются так же часто, как и тяжелые, если они висят на нитках одинаковой длины. А зависят качания только от длины нити: чем нитка длиннее, тем реже качается маятник, а чем короче, тем качания чаще. Частота качаний зависит только от длины маятника, но отнюдь не от его веса.

Галилей укоротил нитку, на которой висела пустая чернильница; сделал так, чтобы она качалась в такт биению пульса и на каждый удар сердца приходилось одно качание маятника. Затем он подтолкнул чернильницу, а сам уселся в кресло и стал считать пульс, наблюдая за маятником.

Сначала чернильница, раскачиваясь, делала довольно широкие размахи и быстро летала из стороны в сторону, а потом ее размахи становились все меньше, а движение медленнее; таким образом время одного качания заметным образом не изменялось. И большие и малые размахи маятника все равно совпадали с ударами пульса. Но тут Галилей заметил, что от волнения его «секундомер» — сердце — начал биться быстрее и мешать опыту. Тогда он стал повторять свой опыт много раз подряд, чтобы успокоить сердце.

В результате этих опытов Галилей убедился, что время одного качания заметным образом не меняется — оно остается одинаковым (если бы у Галилея имелись современные точные часы, он мог бы заметить, что небольшая разница между большими и маленькими качаниями все же есть, но она очень мала и почти неуловима).

Размышляя о своем открытии, Галилей подумал, что оно может пригодиться врачам, для того чтобы считать пульс у больных людей. Молодой ученый придумал небольшой приборчик, названный пульсологием. Пульсологий быстро вошел во врачебную практику. Врач приходил к больному, одной рукой щупал пульс, а другой подтягивал или удлинял маятник своего прибора так, чтобы качания маятника совпадали с ударами пульса. Потом по длине маятника врач определял частоту биения сердца больного.

Эта история первого научного открытия Галилея показывает, что Галилей обладал всеми качествами настоящего ученого. Он отличался незаурядной наблюдательностью; тысячи, миллионы людей видели, как раскачиваются люстры, качели, плотницкие отвесы и другие предметы, подвешенные на шнурках, нитках или цепочках, и только Галилей сумел увидеть то, что ускользало от внимания многих.

Он проверил свой вывод опытами и тотчас же нашел практическое применение этому открытию. К концу своей жизни ученый доказал, что маятник может стать прекрасным регулятором для часов. С тех пор маятник служит в стенных часах. Галилей сделал часы одним из точнейших механизмов.

Спор с перипатетиками

В 1585 году Винченцо Галилей обеднел настолько, что не смог уже помогать сыну, и Галилео был вынужден покинуть университет, хотя до окончания курса ему оставался только один год.

Дома Галилей не прекращал научных занятий, стараясь чтением восполнить пробел в знаниях, на который его обрекла нужда. В эти годы он издал небольшое сочинение о законах плавания тел и способе определения их плотности с помощью весов особого устройства. Это сочинение Галилея, написанное на живом итальянском языке, а не на мертвом латинском, на котором обычно писали свои книги ученые того времени, привлекло всеобщее внимание. Люди, читавшие его сочинение, поняли, что недоучившийся студент стоит наравне с крупнейшими учеными.

По протекции одного знатного господина Гвидо Убельди маркиза дель Монто, молодого Галилея пригласили в Пизанский университет — тот самый, в котором он некогда учился, — на должность профессора математики сроком на три года и с окладом шестьдесят флоринов в год.

Галилей сделался профессором и стал пересказывать Аристотеля, как это требовалось по программе. Молодой ученый не выступал против древнегреческого философа; он только иногда делал небольшие поправки и дополнения к его рассуждениям. Галилей готовился к длительным сражениям со сторонниками, последователями Аристотеля, которых и тогда называли перипатетиками.

Первой атаке Галилея подверглось утверждение Аристотеля о том, что тяжелые предметы будто бы падают быстрее легких. Его студенческие опыты с маятниками разного веса показали, что тяжелые предметы, подвешенные на нитках, раскачиваются точно так же, как легкие. Длительность одного качания зависела только от длины нитки, но не от веса маятника. Уже это одно наводило на мысль, что скорость падения не зависит от веса падающего предмета. Однако привести этот пример Галилей не решился — сторонники Аристотеля могли сказать, что одно дело качание, а другое— падение. Галилей решил бороться с аристотелевдами их же оружием — рассуждением. Перипатетики больше всего любили рассуждать.

Галилей говорил им так:

— Аристотель утверждает, что камень весом в десять фунтов падает в десять раз быстрее, чем камень весом в один фунт. Хорошо, согласимся с ним. Но скажите, что произойдет, если мы свяжем оба эти камня вместе. С какой скоростью они будут падать?.. Допустим, — продолжал Галилей, — мы запряжем в одну повозку рысака и старую клячу, еле передвигающую ноги. С какой скоростью поедет эта повозка? Безусловно, вы скажете, что старая кляча лишь помешает рысаку. Так и маленький камень, способный падать в десять раз медленнее большого, будет тормозить его падение, мешать ему, и потому два таких камня, связанных вместе, будут падать медленнее, чем один большой камень. Не так ли, господа?

— Да, конечно! — отвечали перипатетики, не замечая подвоха.

— Вы согласны со мной? Но, посудите сами, ведь мы связали оба камня вместе так, что из них получился один предмет весом в одиннадцать фунтов. И этот одиннадцатифунтовый предмет тяжелее десятифунтового, и поэтому, согласно Аристотелю, он должен падать не медленнее, а быстрее десятифунтового камня! Не так ли, господа?

Перипатетики молчали, не зная, что возразить Галилею. Ведь, если поверить Аристотелю, действительно получается, что два камня, связанных вместе, должны падать с какой-то неопределенной скоростью — с одной стороны, быстрее, а с другой — как будто медленнее…