Законы движения

Детство Галилея

15 февраля 1564 года в семье обедневшего флорентийского дворянина Винченцо Галилея родился сын, которому дали имя Галилео.

Семья жила небогато. Винченцо Галилей был очень образованным человеком: он увлекался естественными науками и особенно математикой, но своей основной профессией считал музыку. Однако уроки музыки далеко не всегда обеспечивали ему достаточный заработок. И люди говорили, что Винченцо Галилей богат не деньгами, а детьми. Чтобы прокормить семью, он пробовал торговать сукном, но способностей к торговле не имел и потому терпел убытки и частенько нуждался.

Маленький Галилео рано научился читать. И отец отдал его в школу, которую мальчик посещал до одиннадцати лет. В 1575 году семья Галилея переехала из города Пизы, где они раньше жили, во Флоренцию. Там Винченцо Галилей поместил сына в монастырское училище.

В монастыре имелась хорошая библиотека, и Галилео целые дни проводил за чтением, потому что шуметь и шалить в монастыре было запрещено, а читать он очень любил. Смышленый мальчик привлек к себе внимание своих наставников-монахов. Они говорили, что Галилео очень прилежен и внимателен, со временем он, конечно, станет прекрасным священником и, может быть, даже наденет кардинальскую мантию.

Такая будущность показалась мальчику заманчивой. Он согласился стать послушником и начал готовиться к посвящению в монашество. Винченцо Галилей был огорчен поспешным и необдуманным решением сына — он мечтал о совсем ином жизненном пути для своего мальчика. Мысль о том, что Галилео на всю жизнь облачится в черную рясу монаха, показалась ему ужасной. Винченцо поспешил в монастырь. Он уверил монахов, что у мальчика от непрерывного чтения серьезно заболели глаза, что ему надо лечиться, а читать ни в коем случае нельзя, иначе он обязательно ослепнет. Хитрость удалась — монахи поверили и отпустили своего послушника.

В доме отца было гораздо интереснее, чем в монастыре. Правда, тут не было книг: отец запер их в шкаф и ключ носил с собой. Но зато можно было пользоваться полной свободой. Никто не запрещал Галилео бегать с ребятами, запускать воздушных змеев, лазить на крышу и пристраивать там всевозможные вертушки или же копаться в овраге, где бежал веселый ручеек, впадавший в реку Арно, и строить водяные мельницы и модели кораблей. А вечером, забившись в уголок, можно было слушать жаркие споры отца и его друзей о музыке, искусстве и литературе.

Взрослые толковали о прекрасных картинах Рафаэля и Микеланджело, которыми восхищалась вся Италия; о машинах, придуманных великим Леонардо да Винчи; о замечательных изделиях и похождениях знаменитого ювелира Бенвенуто Челлини. Иногда какой-нибудь приезжий рассказывал о морских путешествиях в неведомые страны.

Это было то замечательное время, когда географические открытия словно раздвинули границы мира. По путям, проложенным Христофором Колумбом, Васко де Гама и Фердинандом Магелланом, устремились сотни кораблей. Они бороздили океаны земного шара по всем направлениям. Люди словно проснулись от тысячелетнего сна и почувствовали себя не слабенькими созданиями, а сильными и смелыми борцами, способными бороться с опасностями, строить различные машины и пересекать безбрежные пространства морей.

Особенное внимание мальчика привлекли речи отца об искусстве. Винченцо Галилей отстаивал самостоятельность суждений и доказывал, что человек не смеет бездумно повторять чужие слова и слепо верить чужим мыслям. Старый музыкант восставал против рабского преклонения перед обветшалыми авторитетами.

В эти годы Галилео научился у отца играть на различных музыкальных инструментах и даже пробовал сочинять песенки. Многочисленные друзья отца — художники показали ему приемы рисования, а домашний учитель Яков Боргини, которого отец пригласил, чтобы мальчик не очень избаловался от безделья, познакомил Галилео с историей Италии.

Только о математике в доме почти не говорили. Отец старался скрыть от сына свое любимое занятие и никогда не упоминал, что, погрузившись в вычисления или решая замысловатую задачу, он способен забыть сон, пищу и все дела. Винченцо Галилей опасался, как бы его увлечение не передалось юному Галилео. Это было бы очень печально — ведь отец мечтал дать сыну такую специальность, которая приносила бы ему приличный заработок и защищала от гнетущей бедности. Такой профессией в то время считалась медицина. Профессор медицины в итальянских университетах получал тогда четыреста — пятьсот флоринов в год, а профессор математики — только шестьдесят. Прожить на такое жалованье было очень трудно, и Винченцо говорил: все, что угодно, только не математика.

Знакомство с Аристотелем

В 1581 году, когда Галилео исполнилось семнадцать лет, он поступил в Пизанский университет изучать медицину.

Согласно порядкам того времени, каждый студент до начала занятий по выбранной специальности был обязан прослушать курс лекций ученых, излагающих знаменитое учение Аристотеля. Эти лекции показались Галилео мертвенно-скучными, а некоторые суждения древнего философа попросту ошибочными. Юношу удивляло, почему университетские учителя не замечают, что в сочинениях Аристотеля наряду с мудрыми и верными мыслями так много явных нелепиц, противоречащих здравому смыслу. А учителя пересказывают все эти нелепицы с самым глубокомысленным видом.

Галилео порой хотелось крикнуть: «Постойте! Да ведь это неправда!»

Но, оглядевшись вокруг, он видел сосредоточенные, серьезные лица студентов; они внимали всему, что вещал с кафедры какой-нибудь известный ученый. Никто не улыбался, никто ничего не замечал. А профессор скрипучим, равнодушным голосом поучал, что Аристотель достиг вершины человеческой премудрости, и никто никогда не сможет сделать большего.

Все преподавание в университете основывалось на слепом преклонении перед авторитетом Аристотеля. Как это не вязалось с тем, что слышал Галилео в доме своего отца!

Галилео пробовал заговаривать об ошибках Аристотеля со своими товарищами-студентами, но они отмахивались от него, как от смешного чудака, который сам не знает, о чем толкует. А некоторые предупреждали его:

— Не задавайся! Поумнее тебя есть люди, и они чтут Аристотеля. Чти и ты!

У Галилея просыпалась глухая ненависть к Аристотелю, к университету.

На каникулы студенты разъехались по домам. Галилей вернулся во Флоренцию и рассказал отцу о своих сомнениях и о желании бросить университет, чтобы стать художником. Галилей научился хорошо рисовать. Видевшие его рисунки утверждали, что из него со временем получится превосходный художник.

Отец и сын долго беседовали. Забыв о своем намерении никогда не говорить Галилео о математике, Винченцо приложил все усилия, чтобы побороть у юноши возникающее отвращение к естественным наукам. Галилео с удивлением слушал речь отца. Он видел перед собой нового, словно незнакомого человека. Оказывается, отец не только музыкант, но и ученый — он прекрасно знает Аристотеля и других философов, о которых Галилео даже понятия не имел. Винченцо Галилей говорил о науке, как знаток, с такой страстью и увлечением, что скучное становилось живым и интересным.

— Скажи мне, отец, — спрашивал Галилео, — почему люди так безраздельно верят каждому слову Аристотеля, не замечая скрытых у него противоречий?

— А ты думаешь, никто не замечает этих противоречий? — спрашивал в ответ Винченцо Галилей. — Несомненно, есть люди, которые тоже их заметили, да не решаются об этом сказать.

— Они боятся! — воскликнул Галилео.

— Конечно, боятся. Ведь попасть в лапы палачей инквизиции очень легко… Да и не только в этом дело, — продолжал отец. — Разругать учение Аристотеля нетрудно, но ведь надо доказать, что он неправ. А вот доказать — это не так просто!

Винченцо Галилей посоветовал сыну, прежде чем оспаривать Аристотеля, прочитать сочинения двух древнегреческих ученых: Евклида, заложившего основы современной геометрии, и Архимеда, замечательного математика, механика и изобретателя. Он даже сам подарил ему эти книги. Так все старания старого музыканта и ученого уберечь сына от физических наук и математики пошли прахом.

Галилео углубился в чтение. Подарок отца решил его судьбу. Он увлекся естественными науками: механикой, астрономией, математикой, оптикой. Но одно оставалось ему непонятным: почему же все-таки в течение двух тысячелетий люди так слепо, так беспрекословно верили Аристотелю? Винченцо Галилей на этот вопрос ответить не мог, да и никто другой в то время, вероятно, не сумел бы объяснить истинной причины непререкаемого авторитета Аристотеля. Это стало ясно только теперь благодаря марксистскому учению о развитии общества.

Ответ на вопрос

Общественный строй, который установился в Европе после распада рабовладельческого общества, называется феодальным. Вся земля — пашни, луга и леса — была поделена между феодалами. В России они назывались князьями, боярами, а в более позднее время — дворянами-помещиками.

Крестьяне, жившие на земле, присвоенной феодалом, считались его подданными-крепостными и были обязаны работать на своего господина или служить в его дружине. От рабов крепостные отличались только тем, что имели небольшое собственное хозяйство, которое создавало у них некоторую видимость свободы, но по существу они тоже были рабами. Когда умирал феодал, его владения переходили к сыну или родственнику, а крепостные крестьяне передавались по наследству так же, как всякое имущество, как скот.

Такой общественный строй просуществовал много сотен лет. В эту эпоху в Западной Европе большой властью обладала католическая церковь. Священники, монахи и прочие священнослужители непрестанно внушали народу, что существующий порядок установлен самим богом на веки вечные и изменить его нельзя. Как феодалы поработили людей, так и религия и ее служители поработили человеческую мысль. Это удалось церковникам потому, что они сумели подчинить себе науку.

Владыки церкви понимали, что древнегреческий врач Гиппократ был прав, когда говорил: «знание рождает науку, а незнание — веру». И они ненавидели знание, рождающее науку, и с удовольствием уничтожали бы всех ученых, но это было свыше их сил. Без науки о природе, без ученых невозможно было бы строить корабли и здания, прокладывать дороги, вести счет годам и следить за календарем. Кто-то должен был учить людей отыскивать в горах ценные руды и выплавлять из них металлы. Кто-то должен был помогать ориентироваться морякам в открытом море, вдали от родных берегов. Наука стала необходима людям, и церковь постаралась превратить ее в свою служанку, постаралась придумать свою собственную науку— послушную и покорную.

Церковники утверждали, что «священная книга» — библия — содержит все, что должен знать человек. Библия заменяла людям учебники истории, философии, морали, и все написанное в этой книге считалось нерушимо верным, мудрым, неизменным и непоколебимым. Однако церковники понимали, что и без науки о природе нельзя обойтись. Они хотели найти такую книгу, которая бы стала библией науки, чтобы все написанное в ней тоже считалось верным, мудрым, неизменным и незыблемым.

Среди сочинений древних ученых самыми подходящими оказались труды Аристотеля. Из его учения выбросили то, что было в нем живого, и, дав трудам Аристотеля свое толкование, сделали их основой мертвой, застойной науки феодализма.

На протяжении многих сотен лет безраздельное владычество церкви создало Аристотелю непререкаемый авторитет. Было запрещено даже сомневаться в непогрешимости греческого философа. Его объявили «предшественником Христа на земле по делам природы», а книги Аристотеля стали считаться второй библией.

Однако религия и церковные учреждения не были всесильны. Они сумели затормозить развитие науки, но не смогли остановить рост и развитие техники, промышленности, мореплавания. Среди феодальных поместий выросли города с многочисленным и свободным населением: ремесленниками, мастеровыми и подмастерьями, корабельщиками-моряками и купцами, людьми предприимчивыми и смелыми.

Поперек речек и ручьев легли плотины, возле которых зашумели лесопилки и мельницы. В кузницах раздавались удары тяжелых молотов. Быстро развивалась металлургия. В портовых городах строили сложные землечерпательные машины, углубляющие дно природных гаваней. Корабли, управляясь по компасу и движению звезд, уже не жались к берегам, а смело выходили в открытое море. Изобретатели подумывали об устройстве летательных машин. Промышленность и мореплавание не могли больше мириться со старой, обветшалой и застойной наукой, она стала тесна, как курточка на быстро растущем мальчугане.

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…

Галилей тут же пояснял: дело в том, что Аристотель ошибся. Скорость падения не зависит от веса падающих предметов. Все предметы независимо от их веса падают одинаково быстро.

Галилей смеялся над смущением и растерянностью своих противников и говорил:

— Свяжите два камня одинакового веса и уроните их с одной и той же высоты. Если верить вам, то в связанном виде они будут падать вдвое быстрее, чем поодиночке.

Словом, если одна лошадь пробегает расстояние между двумя городами за два часа, то вы, наверно, скажете, что две такие лошади, запряженные в повозку, пробегут это же расстояние за один час. Сеньоры, где вы видели таких удивительных лошадей?

Перипатетики расходились, рассерженные насмешками Галилея, а он на них не скупился. Они говорили между собой:

— Он осмеливается критиковать Аристотеля. Невежда! Мальчишка! Вот уже два тысячелетия все величайшие умы человечества почитают Аристотеля как мудрейшего из людей. Все сказанное Аристотелем — великая истина! И только безнадежный глупец осмелится это оспаривать!

Галилей пытался приводить новые доводы и примеры, но где уж там — его и слушать не хотели.

Маленькая неудача

Двадцатипятилетний ученый понял, что рассуждениями и доводами перипатетиков не проймешь. Нужен был смелый и решительный опыт, чтобы они воочию убедились в своем заблуждении.

На городской площади в Пизе и поныне стоит знаменитая наклонная башня-колокольня, построенная еще в 1174 году. Ученик Галилея и его биограф — Вивиани рассказывает, что для своих опытов Галилей воспользовался этой башней. Она и в самом деле очень удобна — достаточно высока (пятьдесят семь с половиной метров, или, на флорентинские меры, сто локтей) и наклонна. Как сообщает Вивиани, Галилей взбирался на площадку седьмого этажа колокольни, ронял оттуда предметы различного веса: камни, куски железа и дерева — и смотрел, как они падают.

Однажды на площадку Пизанской башни втащили два железных ядра: одно весом в сто фунтов, а другое, маленькое, в один фунт. Эти ядра были выбраны не случайно: Аристотель в своих сочинениях упоминал о предметах как раз такого веса.

У башни столпился народ, пришли профессора-перипатетики, стремившиеся поймать Галилея на какой-нибудь оплошности, собрались студенты, заинтересованные спором, и просто любопытные. Один старый профессор, в темной профессорской шапочке, ревностный сторонник Аристотеля, подошел почти вплотную к тому месту, куда должны были упасть ядра, и, задрав бороду, смотрел наверх, ожидая начала опыта.

Галилей одним толчком сбросил ядра. И все видели, как они одновременно скатились с площадки и полетели оба — и тяжелое и легкое — вместе, рядышком, словно связанные веревочкой.

Профессор-перипатетик, злейший враг Галилея, придерживая седую бороду рукой, напряженно следил за полетом ядер. В момент падения он присел на корточки, чуть не распластался по земле, — так ему хотелось не пропустить мгновения, когда ядра коснутся земли.

Раздался глухой удар. Перипатетик вскочил и, забывая почтенный свой возраст и профессорское звание, закричал, как мальчишка:

— Отстало! Отстало! — и показал два пальца.

Действительно, фунтовое ядро отстало от своего более тяжелого спутника примерно на расстояние, равное толщине двух пальцев. Оно ударилось о землю не одновременно с большим ядром, а чуть позже его. Это видели многие!

Сторонники Аристотеля свистели и улюлюкали. Зеваки, которые ровно ничего не поняли во всей этой истории, орали, радуясь случаю пошуметь. Зато студенты, любившие смелые речи Галилея, кидали вверх свои шапочки и кричали «ура» — отставание фунтового ядра на каких-то два пальца показалось им сущим пустяком.

Рассерженный Галилей вернулся домой. Проклятое маленькое ядро! Почему оно отстало?

В стенах университета спор разгорелся с новой силой. Перипатетики перешли в наступление и с озлобленным упрямством твердили:

— А все-таки маленькое ядро отстало! — и, встречаясь с Галилеем, вежливо приподнимали шляпы и показывали ему два пальца.

Возмущенный насмешками, Галилей говорил своим противникам:

— Чему вы радуетесь! Ведь Аристотель утверждал, что стофунтовый предмет, падая с высоты в сто локтей, достигает земли в такое время, за которое маленькое ядро успеет пролететь только один локоть! Значит, расстояние между ними в этот момент должно было бы равняться девяноста девяти локтям. Вы же заметили, что большое ядро опередило маленькое не на девяносто девять локтей, а всего лишь на два пальца. И придираетесь к этому ничтожному расхождению, желая скрыть ошибку Аристотеля на девяносто девять локтей. Толкуя о моей ничтожнейшей ошибке, вы обходите молчанием величайшую ошибку Аристотеля!

Словесные стычки ни к чему не привели. За Галилеем укрепилась кличка «спорщик», и он на каждом шагу чувствовал скрытую враждебность всех университетских профессоров.

Друзья Галилея

В 1591 году умер Винченцо Галилей, и семья старого музыканта осталась без средств. Если один Галилео еще мог существовать на жалкие шестьдесят флоринов профессорского жалованья, то прокормить большую семью на эти деньги не было никакой возможности. Пришлось искать работу. Галилей заявил о своем желании уйти из университета. Его удерживать не стали. Трехгодичный срок подходил к концу, и в университете были рады избавиться от дерзкого «спорщика». Галилей вернулся в дом своей матери во Флоренции.

Тут Галилей с удивлением убедился, что многие знают о нем; оказалось, что глухой удар ядер, сброшенных им с башни в Пизе, раскатился по всей Италии. На его маленькую неудачу никто не обратил внимания. Люди хвалили его и подтрунивали над пизанскими профессорами, преклонявшимися перед авторитетом Аристотеля. В шумливой Флоренции на базарной площади слово «перипатетик» стало бранным. Когда кто-нибудь говорил глупости, ему кричали:

— Эх ты, перипатетик!

Флоренция, населенная преимущественно ремесленниками, купцами и мелкими промышленниками, была в те годы одним из передовых городов Италии. И она встретила Галилея очень дружелюбно.

Каждый ремесленник прекрасно понимал, что его мастерство обусловлено только его собственным трудом и опытом многих поколений таких же ремесленников, как и он сам. Венецианские стекольщики веками сохраняли и совершенствовали тайные рецепты приготовления стекла и наконец достигли такого совершенства, что равных им стекольщиков не было во всем мире. И достигли они этого не путем рассуждений, а тяжелым трудом, бесчисленными опытами их отцов, дедов и прадедов. Их искусство создавалось трудом и опытом.

Купцы того времени сами командовали своими кораблями, терпели бури, преодолевали опасности, рисковали, боролись со стихией и с гордостью говорили о своем благосостоянии, что оно создано их трудом и опытом.

Оружейники, красильщики, кожевники, ювелиры, строители знали, что путь к мастерству открывают только труд и опыт. И вот, когда появился ученый, который так же, как и они, говорил на простом и понятном для них языке, так же, как они, в споре не лез в карман за словом, сам умел работать, знал ремесла и верил только опыту, — они признали его своим ученым.

В недрах феодального строя рос и развивался новый общественный класс — буржуазия. (Слово «буржуазия» в его первоначальном смысле означало «жители городов, горожане».) Буржуазия тогда была революционная и начинала беспощадную борьбу с феодализмом. Галилей не стал слугой чванливых феодальных владык. Он отрицал замшелую науку феодального строя, которая, кроме Аристотеля, ничего знать не хотела. Галилей выступил как создатель и защитник новой, смелой науки о природе — науки горожан, буржуазии — и считал основным способом познания природы опыт.

Галилей быстро нашел себе друзей среди передовых людей того времени. Флорентинец Филипп Сальвиати и венецианец Франциск Сагредо помогли ему найти работу. По их ходатайству Совет Венецианской республики большинством в сто двадцать девять голосов против трех и при девятнадцати воздержавшихся (такую популярность успел приобрести молодой ученый) постановил пригласить Галилео Галилея в Падуанский университет профессором математики и астрономии и назначил ему оклад втрое больший, чем он получал в Пизанском университете. Несколько лет спустя жалованье Галилею удвоили, потом ему назначили пятьсот флоринов в год и наконец повысили жалованье до тысячи флоринов — так много денег никогда еще не платили в Италии ни одному математику.

В Падуанский университет Галилей переехал осенью 1592 года и пробыл в нем восемнадцать лет. За эти годы Галилей сделал свои наиболее важные открытия. Прежде всего он повторил студенческие опыты с маятниками и продолжил исследование падения тел на землю.

Потеря веса

Галилей изготовил два шара: один из свинца, а другой из дерева — и сделал их с таким расчетом, чтобы свинцовый шар оказался ровно в сто раз тяжелее деревянного. Эти шары Галилей привязал к ниткам одинаковой длины, а длину нитей подобрал такую, чтобы на каждые два удара его пульса приходилось бы одно качание маятника — так удобнее подсчитать размахи качающихся шаров.

Свои маятники Галилей оттянул в сторону на одинаковое расстояние и одновременно отпустил их. Маятники стали раскачиваться мерно и дружно, как два солдата, шагающих в ногу. И свинцовый тяжелый шар и легкий деревянный делали по пятьдесят качаний на каждые сто ударов пульса. Галилей наблюдал сотни и тысячи качаний, и никогда не видел, чтобы один маятник хотя бы на йоту опередил другой: деревянный по числу колебаний не отставал от свинцового, хотя он был в сто раз легче его. Вес шаров в данном случае не играет роли. И это понятно — ведь маятник качается под действием силы тяжести. Его колебания — это только видоизмененное падение.

Галилей рассуждал так:

— Оттягивая шар маятника в сторону, я тем самым поднимаю его, то есть удаляю от земли, а когда отпускаю шар — даю ему свободу, он получает возможность упасть, но упасть прямо вниз не может, его держит нить. Шар маятника волей-неволей вынужден опускаться по кривой линии — по дуге окружности. Это движение шара — то же падение, и поэтому вес шаров не сказывается на частоте качаний маятников.

Исследования Галилея на этом не прекратились. Остроумным рассуждением он пришел к выводу, что падающий предмет во время своего падения вообще не имеет веса. Доказать это во времена Галилея было не так-то просто: даже в наши дни не всякий поверит, что падающие вещи ничего не весят. И в самом деле, кажется странным, как это так: яблоко, лежащее на столе, имеет вес, а стоит его столкнуть со стола — и на время падения оно вес теряет. Однако это верно!

Падающие предметы действительно ничего не весят.

Галилей долго не мог придумать опыт, который позволил бы ему взвесить падающий предмет и убедиться, что он ничего не весит. Много лет спустя такой опыт он сделал.

С одного коромысла больших торговых весов ученый снял чашку и вместо нее подвесил два ведерка — одно под другим. В донышке верхнего ведра имелось небольшое отверстие, которое Галилей заткнул пробкой. В верхнее ведро он налил воды, а на чашку весов, свисавшую с другого конца коромысла, наложил гирь, чтобы уравновесить вес ведер. Затем осторожно извлек пробку из отверстия, и вода струйкой потекла из верхнего ведра в нижнее.

В этот момент весы вышли из равновесия, чашка с гирями перетянула и опустилась, а ведра стали легче и поднялись. В таком положении весы находились все время, пока текла вода. Но как только она вся собралась в нижнем ведерке, весы снова пришли в равновесие. Этот поучительный опыт показывает, что та часть воды, которая находится в струе и падает из верхнего ведра в нижнее, во время падения ничего не весит, и, естественно, общий вес воды от этого уменьшается.

Вода, падающая из верхнего ведра в нижнее, теряет вес.

Теперь этот вывод Галилея доказывают совсем просто: на крючок пружинных весов вешают гирьку, а потом выпускают весы из рук. В первые моменты падения весов вместе с гирькой можно увидеть, что указатель весов мгновенно прыгает на нуль: гиря перестает растягивать пружину — падающее тело теряет свой вес.

Значит, вес — это не есть что-то присущее всем предметам, как утверждал Аристотель и другие древнегреческие ученые. Предметы могут утрачивать свой вес и прекрасно существуют без него.

При всяком ускоренном движении вниз человек тоже теряет полностью или частично свой вес. Частичная потеря веса приятна и может даже доставить удовольствие. Поэтому-то и взрослые и дети любят старинную русскую забаву — качание на качелях. Когда качели идут вниз, качающиеся частично теряют свой вес и говорят: «сердце замирает» или «дух захватывает».

То же самое испытывает человек, когда скатывается на санках или на лыжах с крутой горки. В некоторых парках культуры и отдыха есть забавный аттракцион — катание с гор. На таких горах маленький поезд из вагонеток с сиденьями для пассажиров стремительно скатывается по крутым спускам и снова взлетает на подъем, чтобы ринуться вниз на следующем спуске. И каждый раз у пассажиров «замирает сердце».

Ощущение частичной потери веса хорошо знакомо жителям московских высотных зданий. Всякий раз, когда приходится спускаться в скоростном лифте, пассажиры чувствуют, что кабинка лифта словно уходит из-под ног и тело становится почти невесомым.

Полную потерю веса испытывают парашютисты, когда выбрасываются из самолета, и летчики, когда вводят самолет в пике, то есть направляют его к земле, стремительно снижаясь.

Сопротивление воздуха

Рассуждая о причине своей маленькой неудачи во время опытов с двумя ядрами, Галилей еще в Пизанском университете пришел к заключению, что всему виною был воздух. Ведь опыт происходил не в безвоздушном пространстве, и, конечно, именно воздух вынудил маленькое ядро отстать от большого.

Опыты с маятниками подтвердили эту догадку. Когда качающиеся шары проносятся мимо пола, видно, как пылинки на полу разлетаются в стороны — их разгоняет ветерок, поднятый движением шаров. Стоит протянуть руку так, чтобы шар пролетел мимо ладони, и рука ощущает легкое дуновение — это шар маятника расталкивает воздух, встречающийся на его пути, и вызывает ветерок. Воздух служит помехой для маятника и оказывает сопротивление его движению.

Галилей взял два шара одинакового веса. Один был свинцовый, а другой деревянный. Наблюдая качания этих шаров, привязанных на нитках одинаковой длины, он заметил, что деревянный шар успокаивается гораздо скорее свинцового. Свинцовый еще раскачивается, а деревянный уже висит недвижимо на своей нитке. Несомненно, воздух мешает движению обоих шаров, но в большей степени его сопротивление сказывается на деревянном шаре, потому что его поверхность больше, чем у свинцового.

Воздух тормозит движение всех предметов: падающих, качающихся, летящих, больших и маленьких, легких и тяжелых, но большие предметы испытывают большее сопротивление воздуха, чем маленькие. И действительно, комок пуха падает всегда медленнее, чем камешек; шерстяной мячик не удается бросить так же далеко, как железную гирьку.

Песчинка и мельничный жернов должны падать с одинаковой скоростью, а если они так не падают, то это, так сказать, не их вина, а результат сопротивления воздуха. Жернов тяжел и падает быстро, но если его раздробить в мельчайшую пыль, то она будет падать несколько часов, — при дроблении общий вес камня не меняется, а поверхность сильно увеличивается. Большое влияние на сопротивление воздуха движению предмета имеет и форма движущегося предмета.

Ошибка Аристотеля

Аристотель не заметил, какую роль играет сопротивление воздуха, и потому в своих рассуждениях допустил ошибку.

Галилей понял, в чем дело, но не смог окончательно доказать свою правоту. Для доказательства ему надо было проследить за падением тел в безвоздушном пространстве, а этого Галилей сделать не мог: тогда еще не умели откачивать воздух — воздушный насос изобрели только через десять лет после смерти Галилея.

Несмотря на отсутствие решающего опыта, правильность взглядов Галилея быстро признали все ученые — бесчисленные примеры чуть ли не на каждом шагу доказывали, что воздух мешает движущимся предметам: он тормозит их движение.

Галилей упорно подтачивал учение Аристотеля о движении. Он трудился, как бобр, собравшийся свалить толстое дерево. Зубами перегрызая ствол, бобр отдирает щепку за щепкой, кусок за куском до тех пор, пока дерево не рухнет под собственной тяжестью. Так и Галилей каждым своим опытом разрушал и опровергал какое-нибудь неверное положение Аристотеля. Взамен он высказывал новые мысли, проверенные опытом и выраженные математическими формулами. Он создавал основы физики, опирающейся на опыт и на измерения.

Загадка летящей стрелы, которая поставила Аристотеля в тупик, Галилею совсем не казалась загадкой. Стрела, выпущенная из лука, или камень, брошенный пращой, летят вовсе не потому, что их подгоняет воздух, устремляющийся им вслед. Это неправильное объяснение. Дело в том, что стрела и камень получили толчок: стрела от тетивы лука, камень от пращи; и они летят, потому что им сообщена некоторая скорость. Но эта скорость постепенно иссякает: ее гасит сопротивление воздуха, — стрела и камень падают на землю гораздо раньше, чем это должно было бы случиться, если бы на них действовал только собственный вес.

Рухнуло еще одно неверное заключение Аристотеля: древнегреческий мыслитель полагал, что воздух подталкивает падающее или летящее тело вперед. Галилей установил совершенно противоположную истину: воздух оказывает сопротивление всякому движущемуся предмету.

Современные инженеры придают всем движущимся машинам такую форму, которая позволяет им успешнее преодолевать сопротивление воздуха. У кузовов автомобилей все углы закруглены, сглажены, все выступающие части убраны, и это сделано вовсе не потому, что так красивее, а потому, что округленные, обтекаемые формы уменьшают сопротивление воздуха. Конструкторы придают обтекаемые формы самолетам, тепловозам, пароходам, подводным лодкам и т. п.

Пули и артиллерийские снаряды делают заостренными, чтобы им легче было рассекать воздух. Мины для минометов и небольшие авиационные бомбы имеют форму капель, потому что жидкость, падая с высоты, разбивается на капли, которые сами принимают форму, облегчающую им падение.

Сопротивление воздуха оказывается весьма полезным, если нужно замедлить падение. Парашютист, выбросившись из самолета, распускает свой парашют, и этот огромный зонтик встречает столь сильное сопротивление воздуха, что падение замедляется и становится совершенно безопасным.

Ускорение силы тяжести

Галилей обратил внимание на то, что всякое падающее тело сначала летит медленно, а потом все быстрее и быстрее — его движение ускоряется. Ученому хотелось измерить, насколько именно ускоряется падение, то есть насколько возрастает в каждую секунду скорость падающего предмета. Но как провести такие измерения? Сбрасывать шарики с высокой башни бесполезно: они падают слишком быстро, а измерять короткие промежутки времени Галилею было нечем — часов-секундомеров тогда не существовало.

Ученый решил замедлить падение так, чтобы оно стало доступным измерению с его скудными средствами. Пусть, решил Галилей, шарик скатывается по наклонному желобку. Если наклон невелик, шарик покатится так медленно, что можно успеть проследить за изменением его скорости.

Галилей взял доску толщиной в три пальца и длиной в двенадцать локтей (на наши меры это приблизительно семь метров), поставил ее на ребро и вдоль всей доски вырезал желобок. Желобок он оклеил самым гладким пергаментом, а пергамент старательно выгладил и отполировал, чтобы небольшой бронзовый шарик катился по желобку без помех.

Шарик катится по наклонному желобку.

Однако для измерений все равно ему нужны были часы. Некоторое подобие часов тогда имелось, но с очень несовершенным механизмом. Современник Галилея — астроном Тихо Браге купил для своей обсерватории механические часы, но почти не пользовался ими. Они были на редкость капризны и ненадежны.

Словом, часов Галилей не имел. Такое препятствие, конечно, не могло его остановить. Галилей изготовил самодельные водяные часы.

Взял ведро, просверлил в его днище отверстие и подставил под него стакан. В ведро Галилей налил воды, а дырочку заткнул.

Во время опытов ученый одной рукой пускал шарик по желобу, а другой управлял своими часами: пустит шарик и откроет отверстие, а как только шарик докатится до намеченной черты, затыкает дырочку и убирает стакан с набежавшей в него водой.

Водяные часы Галилея.

Галилей взвешивал стакан и по количеству собравшейся в нем воды определял промежутки времени. Он в шутку говорил:

— Мои секунды мокрые, но зато я могу их взвешивать.

Конечно, при таком способе измерения времени очень легко было ошибиться. Чтобы уменьшить величину возможной ошибки, Галилей каждый опыт повторял по нескольку раз, стараясь натренироваться так, чтобы как можно проворнее открывать и закрывать дырочку в ведре с водой. В этом хлопотливом деле ученый приобрел большую сноровку.

Сначала Галилей пускал шарик с верхнего конца наклонного желоба так, чтобы он прокатился по всей его длине. Воды в этом случае набирался полный стаканчик. Потом Галилей разметил желобок по длине на четыре равные части и стал замечать время, в течение которого шарик пробегал только четвертую часть всего пути. Воды при этом набиралось только полстаканчика — ровно вдвое меньше, чем в первом случае.

Затем ученый скатывал шарик с середины желоба, то есть давал ему пробежать половину пути, и опять взвешивал набежавшую воду.

Галилей сделал несколько сотен таких опытов и убедился, что падение шарика по наклонному желобу не просто ускоренное движение, а равномерно-ускоренное.

Скорость падения шарика возрастает равномерно — она прибывает каждую секунду, так сказать, одинаковыми порциями. Свободное падение предметов происходит по тому же закону.

Однако точно измерить, насколько возрастает скорость падающих предметов, самому Галилею так и не удалось — он допустил ошибку, уменьшившую величину ускорения ровно, вдвое. Эту ошибку Галилея исправили другие ученые. Теперь установлено, что свободно падающее тело за одну секунду ускоряет свое движение на 9,81 метра в секунду.

Величина 9,81 метра в секунду называется ускорением свободного падения под действием силы тяжести.

Самое важное открытие

Когда Галилей катал свой шарик по наклонному желобу, у него возникла мысль, сначала удивившая его самого. Он рассуждал так:

— Я пустил шарик вниз по наклонному желобу, и он покатился с ускорением. Это так и должно быть, потому что на него действует сила тяжести, она подгоняет его. Но если я толкну шарик по наклонному желобу и заставлю его катиться не вниз, а вверх, он покатится с замедлением. Это тоже совершенно понятно — сила тяжести тормозит его движение. Предположим, что я толкну шарик по горизонтальному желобу, — продолжал свои рассуждения Галилей, — как он покатится в этом случае? С ускорением?..

Конечно, нет! С ускорением он катиться не может, потому что нет уклона. И с замедлением он не покатится, потому что нет подъема. Значит, в этом случае он может катиться только равномерно. И если сделать желобок бесконечно длинным, шарик будет катиться по нему бесконечно долго и никогда не остановится.

Но люди скажут, что так не бывает. Катящийся шарик все равно остановится. Это верно. Но остановится не только потому, что ему помешает воздух, — помешают неровности пути, то есть — помешает трение. А на дорожке без трения, где шарик не встретит сопротивления своему движению, он сможет продолжать его вечно и безостановочно.

Повседневный опыт доказывал людям, что на земле движение не бывает безостановочным, оно никогда не длится бесконечно. Самая хорошая тележка, прокатившись с разгона некоторое расстояние, в конце концов останавливается. Даже волчок, который способен очень долго вращаться, повертевшись несколько минут, падает. Качели не качаются вечно. Люди никогда не видели, чтобы какой-нибудь предмет на земле мог долго двигаться сам по себе, и они думали, что движение не вечно, оно будто бы само собой иссякает, прекращается.

Чтобы какой-либо предмет двигался, его надо обязательно тянуть, толкать, катить, волочить, везти, запрячься в него самому или запрячь лошадей, быков, верблюдов, приспособить силу ветра или силу падающей и текущей воды — словом, для этого необходимо непрерывное действие силы. И люди растили быков и лошадей, шили паруса, строили ветряные и водяные мельницы, чтобы в помощь своим слабым мускульным усилиям присоединить силу животных или силу ветра и падающей воды. Применение силы казалось людям причиной всякого движения. «Только движимое движется», — утверждал Аристотель. Но это было поверхностное, одностороннее суждение.

Люди видели действие сил, но не обращали внимания на постоянное противодействие им трения всех видов.

Однако нельзя сказать, что люди не знали о существовании трения. Всем издавна известно, что волочить сани по песку страшно трудно. Тянуть их по бесснежной дороге тоже нелегко, но все же не так плохо, как по песку. Зимой же по снегу сани катить несравненно легче, чем по камням. А по льду? По льду сани скользят без всякой задержки, так что их приходится только чуть-чуть подталкивать. Чем глаже дорога, тем лучше езда.

В глубокой древности люди ездили зимой и летом на санях. Летние сани назывались волокушами. Потом изобрели колесо и стали ездить на телегах и арбах. Прошли годы — научились смазывать оси дегтем или салом, уменьшилось трение и стало еще легче ездить.

Люди издавна довольно успешно боролись с трением на практике, но сути дела не понимали; они два различных явления объединили в одно — не отделяли действие силы тяги от сопротивления сил трения. Это разъяснил Галилей, указавший на тысячелетнюю ошибку. Он помог людям понять, что одни повседневные наблюдения, одна практика, один опыт без точных наук слепы, что они могут вести к ошибкам и заблуждениям. Наука, приводя в порядок наши знания, освещает путь практике, помогает осмысливать наблюдения, указывает на правильные истолкования результатов опыта.

Многолетний труд Галилея привел к тому, что законы движения Аристотеля всеми были признаны несостоятельными, — их отбросили как неправильные и ошибочные. Установлено было, что никакой разницы между «естественными» и «насильственными» движениями нет. Все движения естественные, потому что совершаются на основании естественных законов природы.

Галилей показал, что для движения предмета не нужно, чтобы сила действовала непрерывно, — ему достаточно дать толчок, и если этот предмет не встретит сопротивления, то будет двигаться безостановочно и равномерно, то есть с постоянной скоростью и вечно. Этот закон был впоследствии назван законом инерции, а способность предметов сохранять постоянной скорость движения — инерцией.

Силу приходится применять только для того, чтобы преодолевать сопротивление — противодействовать тормозящему влиянию трения — или чтобы увеличивать скорость движения.

Галилей показывает друзьям свой телескоп.

Последние годы жизни

В 1609 году Галилей построил телескоп. Впоследствии он усовершенствовал его так, что тот стал давать увеличение в тридцать два раза. С помощью своего телескопа Галилей сделал много важных астрономических открытий. Он увидел на Луне горы и равнины, очень похожие на те, которые есть и на Земле, и тем самым опроверг утверждение церковников, что Луна будто бы светоносный сосуд — светильник, созданный для освещения ночи.

Вид Луны в телескоп.

По наблюдениям Галилея, Луна оказалась шарообразной планетой, подобной Земле. А ее фазы, зависящие от того, с какой стороны Луну освещает Солнце, оказались полностью сходными с фазами планеты Венеры, которые Галилей мог наблюдать в свой телескоп.

Возле Юпитера Галилей заметил четыре луны — спутников этой планеты. Они обращались вокруг Юпитера так же, как и Луна обращается вокруг Земли. Это опровергло другую выдумку церковных ученых, утверждавших, что якобы только вокруг Земли могут обращаться другие небесные тела.

Юпитер и его крупнейшие спутники, открытые Галилеем.

Астрономические открытия Галилея подтвердили правоту Коперника, великого польского астронома, который предположил, что Земля, как самая обычная планета, обращается вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси. Рискуя жизнью и свободой, Галилей выступил в защиту учения Коперника и постарался как можно шире оповестить всех людей о своих открытиях.

Это навлекло на Галилея гнев владык католической церкви.

Ученого дважды привлекали к церковному суду. В первый раз в 1616 году инквизиторы ограничились увещеванием и запретили Галилею что-либо писать или говорить в пользу Коперника. Галилей не исполнил предписания инквизиторов и в 1632 году снова выступил против освященного церковью аристотелевского объяснения мира.

Семидесятилетнего Галилея опять вызвали на тайный суд инквизиторов. Под угрозой пытки престарелого ученого принудили отречься от учения Коперника и после суда поселили под надзором слуг инквизиции. Последние девять лет жизни Галилей провел хотя и не в темнице, но и не на свободе. Ему было запрещено писать и разговаривать с посторонними людьми.

Тайно от надсмотрщиков Галилей продолжал трудиться над своим последним сочинением.

Борьбу с физикой Аристотеля Галилей начал юношей, продолжал ее свыше пятидесяти лет и на склоне жизни, глубоким стариком и безмолвным узником, нашел в себе силы не уступить и продолжать бороться. Измученный судом, болезнью и заточением, он не мог завершить все начатые им научные работы и потому писал только о том, что успел сделать. Он излагал основы механики. В предисловии к своей новой книге он написал: «Мы говорим вполне новое о том, что старо как мир. Понятие о движении присуще всем; философы написали о нем много толстых книг. Но самые важные свойства движения до сих пор не выяснены. Мы их указываем, и работа наша послужит основанием наук, которые разработают великие умы».

Друзья Галилея тайно вывезли рукопись книги и издали ее, но не в Италии, где даже имя Галилея старались не упоминать, а в далеком голландском городке Лейдене. Чтобы не навлечь на Галилея новых кар палачей-инквизиторов, они повсюду рассказывали, что будто бы рукопись похитили у Галилея и издали помимо его воли и желания.

8 января 1642 года Галилео Галилей умер.

Через год, 4 января 1643 года, родился человек, который продолжил дело, начатое великим итальянским ученым.