Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона Калюжный Дмитрий

Схоластика XI–XIII веков

В XI веке и Европа наконец начала проявлять склонность к занятиям науками. Вся ученость была здесь в руках церкви, поскольку издревле, как и везде, знаниями традиционно владели жрецы. Усложнение структуры общества, появление прослойки грамотных, склонных к размышлениям людей привели в конце концов к столь настоятельной потребности научного истолкования церковного учения, что знаменитый епископ Ансельм Кентерберийский (1033–1109) выразил наконец это общее стремление формулой: Credo ut intelligam – верю, чтобы понимать.

Простой веры в догматы было уже недостаточно. Требовалось убеждение в их истинности, их нужно было доказать. А для доказательства требуется, между прочим, строгая логика, а для защиты положений, подвергающихся нападкам, ловкая диалектика. То и другое можно было найти только у эллинских философов, и потому христианская теология устремилась к памятникам классической образованности, дабы установить догматы на рациональной почве. Однако наука в руках религии и должна была служить интересам религии, неизменно признавая веру нормой познания, а церковное учение – критерием всякого исследования.

«Истинно ли то, во что вселенская церковь верует сердцем и что исповедует устами, не должен подвергать сомнению ни один христианин. Но, веря непоколебимо, любя свою веру и живя согласно с нею, пусть каждый ищет в смирении основания для своей истины. Если он будет в состоянии постичь их, то пусть возблагодарит Бога; если же нет, то да не восстанет он против истины, а преклонив главу, да благоговеет» – так говорит Ансельм. Философия не должна учить ничему, чему не учит в то же время церковь, но она должна доказывать истину церковного учения свойственным ей способом, то есть независимо от всякого опыта.

Ансельм рассказывает, что братия просила его изложить письменно мысли, которыми он делился с ними устно. «Они просили меня не заимствовать никаких решительных аргументов из Писания, но следовать обыкновенным и всем понятным приемам доказательства, соблюдая правила обыкновенных прений».

Ограниченная таким образом философия, известная под именем схоластики, господствовала в различных видоизменениях в течение всего средневекового периода. Лишь позже произошло отделение знания от веры, и еще позже знание получило свою независимость.

А сначала богословы усмотрели в начинающемся развитии независимой светской науки ересь. Уже Бернар Клервосский (1091–1153) признает всякое стремление к знанию ради знания языческим и ценит знание, лишь насколько оно служит для христианского назидания. Затем последовали уже упомянутые запреты аристотелизма на Парижском соборе и на Латеранском соборе при Иннокентии III. Однако вскоре церковь примирилась с греческим мудрецом и встроила его учение в свою систему догматов. А поскольку отныне схоластика смотрела на физику как на побочное занятие, то уже по этому одному нельзя было ожидать, чтобы она двинула ее вперед.

Первым схоластикам были известны лишь немногие сочинения древних писателей; историки науки считают, что со всеми сочинениями Аристотеля европейцы познакомились только в XIII веке через посредство арабов. И с этого же времени начинается резкое и внезапное видоизменение и расширение философии. Но если мы вспомним, что с начала XIII века произошел захват Византии и первая волна греческих эмигрантов появилась в Европе, то поймем, что именно в этом разгадка внезапного скачка учености в Европе.

Знакомство с византийской наукой открыло перед схоластиками путь к изучению природы и до известной степени поколебали исключительное господство религиозного элемента в философии. Произошло то же, что и с арабами при их знакомстве с византийской наукой – преклонение перед Аристотелем. Схоластики должны были признать естествознание, и оно вступило в умственный кругозор западных ученых.

Но философия, как и математика, имеет склонность только формально обрабатывать имеющийся материал. Неудивительно, что средневековая философия, не опиравшаяся ни на какое опытное знание, продолжала без устали пережевывать материал, доставленный ей Аристотелем. Она стала считать, что мир подчиняется Аристотелю, а не наоборот. Известна забавная история: достаточно долго полагали, что муха имеет восемь ног, а не шесть, потому что так сказал Аристотель. А посчитать самим даже и не приходило в голову. Вот пример победы идеологии над знанием.

Аристотеля продолжали считать непогрешимым до кануна возникновения науки Нового времени и наказывали за неуважение к нему. Простой пример: в последних годах XVI столетия профессор Падуанского университета Кремонини получал за лекции о естественно-научных сочинениях Аристотеля 2000 гульденов в год, тогда как Галилей, изгнанный аристотелианцами из Пизы, читал в том же университете лекции по математике за вознаграждение, равное заработку уборщика мусора.

Европейская физика XIII века

Величайший из схоластиков, Фома Аквинский (1226–1274), doctor angelicus, канонизированный в 1323 году, не настаивает на доказательности всех церковных догматов. Он отличает естественное богословие от откровения и тем самым отделяет до известной степени знание от веры. Фома Аквинский отверг неизменность субстанциальных форм и таким образом свел их к простым модусам, или качествам, и с нашей современной точки зрения это был большой прогресс. К сожалению, теория Фомы Аквинского отличается больше глубиной мысли, чем ясностью изложения; кроме того, автором не сделаны из нее все логические выводы.

Столь же знаменитый Альберт Великий (ок. 1193–1280), doctor universalis, при рассуждении о сотворении мира отвергает положение: «из ничего не возникает ничего» для богословия, но для физики считает его основным правилом. По этим уловкам можно уже видеть, что философия начала поднимать голову, а ее представители протаскивают идеи, не одобряемые богословием.

Иоанн Бресканский в 1247 году, оправдываясь в своих «заблуждениях», замечает, что положения, признанные епископом еретическими, были высказаны им в философском, а не в теологическом смысле. Епископ, разумеется, не удовлетворился этим объяснением, и впоследствии многие ученые подверглись карам за философские толкования богословских текстов.

Итак, в XIII веке философы оставались богословами, и в то же время постоянно прибегали к окольным путям, чтобы открыть для философии большую свободу развития, но еще не были физиками в научном смысле слова. Рассмотрим их деятельность подробнее.

Фома Аквинский придавал опыту большое значение, как видно из того, что он не считает онтологическое доказательство Ансельма непреложным и ставит на его место космологическое, согласно которому в бытии Бога как Творца можно убедиться, так сказать, опытным путем, из факта существования Вселенной. Ошибочно было бы, впрочем, заключить из приведенного примера, что Фома Аквинский во всех случаях руководился опытом. В его главном сочинении «Summa Theologiae» встречается только одна глава, посвященная вопросам физики, которая вдобавок вполне согласна с аристотелевским учением. Зато он близко знаком с миром ангелов и выдает за верное, что звезды приводятся в движение не физическими, а духовными силами, по всей видимости – ангелами.

Последний из великих схоластиков, Вильгельм Оккам (1270–1347), отвергал реальное существование общих понятий, признавая его лишь для отдельных предметов. Так как эти последние открываются только наблюдению и оно одно способно решить, существуют ли предметы или нет, то уже первым положением Оккама опыт признается единственной основой познания; а схоластика, безоговорочно считавшая свои общие понятия чем-то реально существующим и непреложным, рушится сама собой. Впрочем, Оккам не довел своего учения до конца. Его нельзя назвать опытным философом; он скорее упрямый казуист, не уступавший ни в чем старым схоластам. Церковь угадала опасность эмпиризма, скрытого в философии Оккама, предала его проклятию и уничтожила его сочинения.

Граф Альбрехт Больштедтский, известный как Альберт Великий, собственно, был не только ученым богословом, но также – и притом с бульшим правом, чем многие из прославленных схоластиков, – знаменитым физиком, химиком и математиком. Он изучил диалектику в Париже, математику и медицину в Падуе, метафизику в нескольких местах и, наконец, вступив в 1223 году в доминиканский орден, слушал еще и богословские лекции в Болонье. С 1229 года он сам преподавал в Кельне и Париже. Затем занимал высокие церковные должности, а в старости, сложив с себя добровольно звание епископа Регенсбургского, снова занял прежнюю кафедру в Кельне, где и умер в престарелых годах.

Альберт Великий знал Аристотеля в переводах в совершенстве и даже был знаком с арабскими комментариями к нему. Его химическая и механическая изобретательность до такой степени поражала современников, что он приобрел славу колдуна и мага. Рассказывают про устроенный им автомат, который отворял дверь на стук и даже заговаривал с входящим, но, возбудив негодование одного коллеги своим человеческим подобием, был разбит им на куски. Далее, будто по случаю какого-то праздника Альберт силою волшебства устроил среди зимы сад, в котором зеленели деревья, благоухали цветы, росла свежая трава, словом, царила весна во всей своей красе. В этом нетрудно угадать преувеличенное описание пиршества, данного в теплицах монастырского сада. Насчет же устройства автомата не сохранилось никаких подробностей.

Общее собрание сочинений Альберта Великого, изданное в 1651 году в Лионе (21 том in folio), вообще интересно для истории химии и описательных естественных наук. Тем не менее здесь нельзя найти ни одного механического или физического открытия, которое могло бы подтвердить в наших глазах громкую славу Альберта. Самостоятельным исследователем он отнюдь не был и даже хвастался своим умением излагать древние науки так, чтобы нельзя было догадаться о его личных взглядах. Главная заслуга Альберта заключается в том, что он своими работами, а еще более своей преподавательской деятельностью проложил дорогу естественным наукам в христианскую Европу и сумел возбудить к ним живой интерес.

В своих сочинениях Альберт упоминает о двух изобретениях, которые он, впрочем, не выдает за свои. Это компас и порох. Появившиеся в XIII веке, они еще позже вошли в общее употребление.

Первые известия об употреблении компаса у арабов относятся к 1242 году. Араб Байлак рассказывает, что в темные ночи сирийские мореплаватели кладут обыкновенно на воду крест из лучинок, а сверху магнит, который своими концами указывает направление. Альберт Великий заимствовал свои знания о магнитной стрелке и ее свойствах из арабских книг, а это значит, что компас стал известен в Европе раньше, чем считается.

В Европе признают за изобретателя компаса итальянца Флавия Джиойю. Датой изобретения полагают 1302 год; по этому случаю поставлен в Неаполе бронзовый памятник. Возможно, Джиойя улучшил конструкцию компаса, перенеся стрелку с деревянной крестообразной подставки на стальной штифтик и придумав для нее оправу, но точных сведений на этот счет нет. Прошли еще столетия, прежде чем компас обратил на себя внимание теоретической физики, – печальный признак ее состояния в те времена.

История пороха еще темнее истории компаса. Если под порохом понимать простую смесь угля, серы и селитры, то оказывается, что смесь эта была известна Альберту Великому в 1250 году. Он советовал растирать и смешивать 1 фунт серы, 2 фунта угля и 6 фунтов селитры в ступке. Но здесь мог иметься в виду не огнестрельный порох в современном смысле. А как взрывчатое средство эта пороховая смесь употреблялась, возможно, уже в XII веке при горных работах, например в Гарце. Но возможно, ее применяли как средство пережигания для разрыхления камней, а не для взрывов.

Что касается употребления пороха для огнестрельного оружия, то точных сведений об этом не имеется до середины XIV века, хотя упоминания о нем появились раньше. Так, в 1338 году французский военный интендант ставит уже порох в число статей расхода; в 1360 году в Любеке сгорает ратуша вследствие неосторожности порохового мастера. Оба эти случая тоже касаются, может быть, взрывчатой смеси, но следующий случай не подлежит уже сомнению. В 1346 году англичане выставили шесть пушек в сражении при Кресси. В 1365 году крепость Эйнбек отстреливалась из «громового ружья», а в 1378 году в Аугсбурге жил литейщик огнестрельных орудий, занимавшийся этим еще под покровом глубокой тайны. Около 1420 года у гуситов появляются первые передвижные полевые орудия. С 1470 года артиллерия превращается в род войск наряду с кавалерией и пехотой.

Однако есть сообщения о восточном приоритете в этом деле. Якобы мавры употребили огнестрельное оружие при обороне Аликанта в 1331-м и Альджевира в 1342 году.

Итак, неизвестно в точности, когда именно порох начали употреблять для огнестрельного оружия. Но еще менее достоверно можно указать, кто первым предложил употреблять его с этой целью. Обычно называют имя Бартольда Шварца, но ведь это только имя, а про человека, носившего его, мы не знаем ровным счетом ничего, за исключением его несчастного опыта с пороховой смесью.

И кстати, только в XVI столетии наука обратила внимание на вопрос, как летят и падают снаряды.

В предыдущих главах мы не раз упоминали имя Роджера Бэкона, выдающегося ученого Средневековья. Но есть большие сомнения, что он жил в то время, к которому его относят, а именно в 1214–1294 годы.

Бэкон – самая блестящая личность XIII века не столько по самостоятельным открытиям, сколько по методу своих исследований. Он был не схоластическим философом, пояснявшим мимоходом аристотелевскую физику, а замечательным математиком, видевшим в пренебрежении этой точнейшей из наук корень заблуждений схоластической учености. «Математика – дверь и ключ к науке», – говорил он в своем «Opus majus» («Большой опус»). Он занимался астрономическими наблюдениями, химическими опытами, механическими конструкциями, оставляя в стороне духовные споры. Это и заставляет выделить его из рядов схоластических натурфилософов и признать первым истинным естествоиспытателем Средних веков, предшественником экспериментальных физиков.

Но что поразительно: о нем не упоминает ни один из ученых докторов XIII или XIV веков. Как это может быть? К тому же Роджера Бэкона нередко сопоставляли с его в самом деле знаменитым соотечественником, лордом-канцлером Бэконом Веруламским, и даже высказывалось мнение, что последний в значительной степени воспользовался трудами первого и отчасти даже просто скопировал их. Сходство имен, пережитых трудностей и даже методов исследования – оба были привержены опытному методу, неоспоримо. Может, Роджера Бэкона и не было вовсе, так как он не имел заметного влияния ни на современников, ни на ученых ближайших к нему столетий, или жил он позже. В общем, здесь есть загадка.

Роджер Бэкон отстаивает экспериментальный метод с таким упорством, что это не может не удивлять, принимая во внимание, что дело происходит в XIII веке:

«В каждой науке необходимо следовать наилучшему методу, то есть изучать каждую вещь в надлежащем порядке, ставить первое в самом начале, легкое перед трудным, общее перед частным и простое перед сложным. Изложение должно быть доказательным. Последнее невозможно без опыта. У нас имеется три средства познавания: авторитет, мышление и опыт. Авторитет ничего не стоит, если утверждение его не может быть обосновано; авторитет не учит, он требует только согласия. При мышлении мы обыкновенно отличаем софизм от доказательства, проверяя вывод опытом».

И дальше: «Экспериментальная наука – царица умозрительных наук, она имеет за собой три важных преимущества. Во-первых, она испытывает и проверяет выводы других наук. Во-вторых, в понятиях, которыми пользуются другие науки, она открывает великие результаты, к которым те науки не способны придти. В-третьих, она исследует тайны природы собственными силами».

Несмотря на такие заявления, сам Бэкон нередко уносился воображением за пределы опыта. В его выводах бывает иногда трудно отличить, основаны ли они на наблюдениях других людей, или на его собственных, или же они просто воображаемы. Тем более что в самовосхвалении Бэкон вполне подобен другим ученым этого времени: он не только сообщает, что в промежуток от трех до шести месяцев обучил любознательного ученика всему, чему сам учился около 40 лет, но и утверждает, что для изучения еврейского или греческого языка достаточно трех дней.

Сочинения Бэкона были изданы очень поздно. «Opus majus» («Большой опус») – в 1733 году Джеббом, «Opus minus» («Опус малый») и «Opus tertium» («Опус третий») в 1559 году Бремером, «Perspectiva» и «Specula mathematica» в 1614 году марбургским профессором Комбахом.

«Opus majus» – основная работа Бэкона. Он посвятил его в 1267 году папе Клименту IV, чтобы оправдать себя против возведенных на него обвинений. Вместе с изложением взглядов на истинно научный метод, в сочинении этом (в пятой части) помещены самостоятельные работы Бэкона, имеющие наибольшее значение для физики, а именно оптические. Бэкон в своей оптике опирается на Птолемея и Альхазена, сочинения которых могли быть доступны ему в подлиннике, так как он, по-видимому, знал греческий и арабский языки.

Вообще XIII столетие принадлежит оптике. Хотя Средние века охотно увлекались механическими фокусами, все же механика не ушла ни на шаг от Аристотеля. Оптика же конца этого столетия может похвалиться важным открытием, а именно изобретением очков. Математически разработанная оптика пострадала вообще менее других отделов физики в неблагоприятные для науки века.

Александрийские ученые установили оптику на столь прочных математических основаниях, что вести ее вперед было сравнительно легко. Арабы, а за ними и христианские ученые поэтому смогли заниматься ею усердно и успешно. Соображения Альхазена об увеличении предметов посредством стеклянных чечевиц, опыты Бэкона над изменением зрительных углов с помощью вогнутых и выпуклых сферических стекол должны были навести на мысль о возможности исправлять такими стеклами неправильности глазного хрусталика.

Бэкон советовал лицам со слабым зрением класть выпуклые стекла на предметы, которые они хотели видеть ясно. Но кто именно первый, следуя этому указанию, придумал прикладывать стекла к глазу, и притом одновременно вооружить стеклами оба глаза; кто первый устроил очки не только с выпуклыми стеклами для дальнозорких, но и с вогнутыми для близоруких, – остается неизвестным.

В учении о зеркалах Бэкон отмечает, что стеклянные зеркала покрываются свинцом. Такое приготовление зеркал и должно было войти в употребление около этого времени, так как В. Бовэ в 1250 году упоминает о том же, а до того знали только массивные металлические и простые, ничем не покрытые стеклянные зеркала. Он занимался также зажигательными зеркалами и был первым ученым, отметившим расстояние фокусов сферических зеркал. Для параболического зажигательного зеркала он определил фокусное расстояние в 1/4 параметра, и последующие оптики приходят тоже к этому результату, оставаясь в неведении предела, установленного Бэконом. Он дает и правила для приготовления такого зеркала, причем остается неясным, пробовал ли он сам делать такие зеркала или заказывал другим, или оставил свой план без выполнения.

При исследовании преломления лучей Бэкон рассматривает преломление при прохождении через сферические поверхности и отмечает, что при рассмотрении через такие поверхности зрительный угол предметов, а следовательно и кажущиеся размеры их могут быть увеличены. Его рисунки представляют только простые дуги, обращенные к глазу выпуклой или вогнутой стороной, и нигде мы не встречаем у него чечевиц, ограниченных двумя сферическими поверхностями. Но Бэкон постоянно говорит только о единичном преломлении, не касаясь случая преломления двумя сферическими поверхностями, и в этом отношении он не идет дальше Альхазена.

Одновременно с Бэконом увлекался собиранием древних сочинений по оптике польский монах Вителло, не занимавшийся ничем, кроме оптики. В его десятитомном трактате (1271) описаны многочисленные опыты и наблюдения за природными оптическими явлениями, разработаны важные для художников вопросы перспективы.

Повторяя измерение углов преломления, он нашел, что в одних и тех же средах углы не изменяются, все равно, проходит ли свет из среды более плотной в менее плотную, или наоборот. В теории радуги Вителло пошел дальше Аристотеля, заметив, что радуга не может образоваться от простого отражения солнечного света, так как вследствие прозрачности дождевых капель проходящие сквозь них лучи должны также и преломляться. Книга Вителло издана Ризнером в 1572 году одновременно с «Оптикой» Альхазена.

Являясь в большой степени удачной компиляцией работ Евклида, Птолемея и Альхазена, трактат Вителло на долгие годы стал основой университетских оптических курсов, довольно слабо связанных с прикладными оптическими задачами. Этой оторванностью чистой науки от практики объясняется и тот факт, что величайшее оптическое изобретение – очки были придуманы в XIII веке не университетскими учеными, а итальянскими мастерами шлифования и полирования камней. Более того, известны негативные отзывы ученых-оптиков того времени на ношение очков: «Основная цель зрения – знать правду, а линзы для очков дают возможность видеть предметы большими или меньшими, чем они есть в действительности… иной раз перевернутыми, деформированными и ошибочными, следовательно, они не дают возможности видеть действительность. Поэтому, если вы не хотите быть введенными в заблуждение, не пользуйтесь линзами». Однако остановить развитие очкового ремесла оказалось невозможным.

Очевидно, в XIII веке вышло сочинение Витрувия Поллиона «De Architectura» в 10 книгах. В ней он дал обзор современных ему сведений по архитектуре, механике, физике и физической географии. Как видно из заглавия, сочинение имеет преимущественно практическое направление и, кроме ценных сведений о физиках, например об Архимеде, содержит мало интересного в теоретическом отношении. Именно в это время в Европе начинают распространять византийскую науку посредством обширных компилятивных сочинений. К числу книг этого рода принадлежит и сочинение Витрувия, черпающего материал по преимуществу из византийских источников.

Первые семь книг посвящены архитектуре, восьмая трактует о воде и водопроводах, девятая – об измерении времени, десятая – об искусстве построения машин. Всего самостоятельнее восьмая книга. Грандиозные водопроводные сооружения выяснили до известной степени понятия о движении жидкостей. Витрувий замечает: «Подобно водяным волнам, и звук распространяется кругами в воздухе. Однако в воде эти круги распространяются только в ширину и в горизонтальном направлении, между тем как звук постепенно распространяется в воздухе и в ширину и вглубь».

Вопреки господствовавшему тогда мнению, будто вода образуется в земных пещерах из воздуха, Витрувий утверждал, что вода источников происходит из дождевой воды, но убедить в этом современников ему не удалось. Вообще спор о происхождении речной и ключевой воды продолжался до Нового времени.

Происхождение ветров Витрувий пробует объяснить напряжением водяных паров и с этой целью подробно рассматривает паровой шар Герона. И эта теория тоже не получила всеобщего признания.

В Средние века был популярен труд по физике Сенеки Младшего в семи томах, где он рассматривает с атомистической точки зрения явления электричества, небесные явления, кометы, воду, воздух и свет, но без систематического подразделения и без проверки собранного материала личным опытом. Рассуждая о законах движения планет и даже комет, Сенека скромно замечает, что эти законы, столь темные и запутанные в его время, могут когда-нибудь сделаться ясными и очевидными.

Сенека, подобно Аристотелю, считает радугу искаженным изображением солнца и объясняет происхождение цветов смешением солнечного света с темными облаками. Он указывает на тождество цветов радуги с теми, которые мы видим при рассматривании предметов сквозь граненые стекла, но последние цвета считает ненастоящими. Тот факт, что при рассматривании сквозь стеклянный сосуд с водой все предметы, например яблоки, кажутся увеличенными, вызывает у Сенеки одно простое замечание, что нет ничего обманчивее нашего зрения. И кстати, примеры со стеклом указывают на позднее происхождение этого труда.

Его сочинение долго служило учебником физики.

Популярной в Средние века была и «Естественная история» Плиния Старшего в 37 томах. Сочинение в целом представляет собой не более как сборник, в который Плиний включил все, что ему нравилось, а нравилось ему, к сожалению, по преимуществу все сказочное. Критической оценки материала у него почти нет; самостоятельной переработки нет вовсе. Плиния интересует действие магнитного камня. Ему принадлежит также басня о пастухе Магнусе, узнавшем магнитную руду по ее действию на гвозди его сапог (что же это за пастух с сапогами с железными гвоздями в то время?). Рассказ об уничтожении притягательной силы магнита алмазом показывает, как мало ученый-натуралист был склонен проверять личным опытом приводимые им факты.

Так называемые огни св. Эльма Плиний считает звездами, опускающимися на копья солдат и мачты кораблей. «Если они появляются в одиночку, то приносят гибель, погружаясь на дно судов и сжигая их остовы. Двойные звезды, напротив, благотворны; они предвещают счастливое плавание и отгоняют страшный огонь. Их приписывают поэтому Кастору и Поллуксу и призывают на море, как богов. Иногда звезды спускаются и на головы людей в вечерние часы, служа великим предзнаменованием». А всего забавнее его рассказ о том, что из Олизиппо (Лиссабона) прибыло посольство к Тиберию с извещением, что в пещере открыт тритон классического вида, трубящий в раковину, и что на том же берегу местные жители видели Нереиду и слышали жалобные вопли умиравшей Никсы.

Итак, в то время, как византийцы хотя бы комментируют своих гениальных предшественников, в Западной Европе прямо и без всякой критики составляют сборники их высказываний.

Европейская физика XIV и XV веков

Историки науки отмечают, что ни одно столетие в научном отношении не представляло столь жалкого и прискорбного зрелища, как XIV век в Западной Европе. В XIII веке, в связи с приходом нового знания из Византии, можно было надеяться на близкое пробуждение умов. Университеты возникали один за другим, был сделан ряд научные открытий, и метод опытного исследования был противопоставлен схоластическим истолковательным приемам. Несмотря, однако, на все это, наступил не новый научный прорыв, а паралич умственной деятельности. Безотрадную пустыню этого столетия не оживляет ни одно открытие, ни одна светлая личность, выдающаяся своей ученостью.

В XIV столетии спорный вопрос между наукой и верой был поставлен более ясно, и учение Фомы Аквинского получило очень важное дальнейшее развитие. По первоначальным понятиям, формы были чем-то вроде неизменных субстанций, смешивающихся между собою в определенных количествах: в таком-то сером цвете имеется столько-то белого и столько-то черного цвета. Теперь же под формой стали понимать лишь физическое качество, изменяющееся по различным степеням какой-то шкалы: такой-то серый цвет имеет такую-то степень густоты на таком-то расстоянии от исходной точки, от совершенно белого или от совершенно черного цвета.

Интенсивность формы получила название ширины (latitudo). Ее изменения попытались определять математически. Например, если изобразить время посредством отрезка прямой, проведенной от исходной точки вправо, то «ширина» формы в данный момент может быть выражена перпендикуляром, восставленным из окончания этого отрезка. Этот способ тождествен с нашим способом изображения хода какого-либо явления посредством текущей ординаты кривой. Подобные воззрения с середины XIV и до начала XVII столетия обычно преподавались в университетах, и относительно «ширины» форм было написано немало трактатов и комментариев. Первыми авторами подобных сочинений были английский монах Ричард Суисет и француз Николай Ореэм, жившие около 1350 года. До сих пор не решен окончательно вопрос, кому из них следует приписать первенство. Не выяснено, какие идеи привели их к этой новой теории, которую ни один из них как будто не приписывал лично себе.

Отголоском достижений XIII века выглядит сочинение по оптике монаха Теодорика (ок. 1311 года). Он подробно и верно описывает ход светового луча через дождевую каплю для главной радуги и для радуги второго порядка: каждый солнечный луч главной радуги преломляется вверху капли, отражается от задней ее стенки и вторично преломляется внизу капли; радуга же второго порядка происходит в результате двоякого преломления и двоякого отражения лучей. Однако вследствие незнания законов преломления Теодорик не смог объяснить, почему только те лучи, которые падают на места, указанные чертежом, дают в нашем глазу изображение радуги. Он призывает на помощь схоластическое предположение, что эти места особенно предназначены природой для преломления и отражения. Сочинение Теодорика долгое время было скрыто в библиотеке монахов-проповедников в Базеле и осталось без всякого влияния на науку. Оно увидало свет только в 1814 году.

Известный немецкий часовой мастер Гейнрих-фон-Вик устроил в 1364 году на здании парижского парламента первые колесные часы с боем. С этого времени и большинство германских городов начало обзаводиться башенными часами. Тем не менее и механические часы следует считать изобретением XIII века, сделанным в Италии. Об этом говорит то обстоятельство, что в Германии долгое время оставалось в употреблении итальянское подразделение часов от 1 до 24.

В это время схоластика не успела еще познакомиться со всеми классическими учеными, остановившись на Аристотеле, но даже его не знала в оригинальной форме. Схоластикам недоставало знания греческого языка; их знакомство с греческой наукой произошло через латинские переводы, которые, в свою очередь, не были сделаны с подлинников. Даже сочинения Аверроэса были латинским переводом с еврейского перевода одного арабского комментария к арабскому же переводу с сирийского.

Петрарка (1304–1374) жалуется, что в Италии не насчитывается более 10 человек, способных оценить Гомера, а Боккаччо (1313–1375) с большим трудом находит кафедру греческого языка во Флоренции, чтобы пристроить на работу византийца Леонтия Пилата. Да и то ненадолго, так как ученый «в философском плаще и с всклоченной бородой» вскоре покинул Италию, исполненный глубокого отвращения. Зато в XV веке, после взятия Константинополя турками ученые, бежавшие оттуда, очень скоро распространили греческий язык по всей Европе, а расцветающий гуманизм не только подготовил падение схоластики, но и косвенным образом повлиял на развитие естественных наук, открыв большую свободу мысли вообще и расширив круг знакомства с греческой наукой о природе.

Самым оригинальным мыслителем XV столетия был бесспорно Николай Кузанский (1401–1464).

Николай Кребс, также называемый де-Куэза или Кузанский, был сыном рыбака из города Куэзе на Мозеле. В качестве люттихского архидиакона он заявил себя энергическим противником папы на Базельском соборе, но впоследствии сделался кардиналом и епископом Бриксенским. Он возродил учение Пифагора о движении Земли. В сочинении «De docta ignorantia» («Об ученом невежестве») старался доказать, что всякое бытие заключается в движении и что Земля уже потому не может находиться в центре Вселенной, что бесконечная Вселенная не может иметь центра. Поскольку всем телам свойственно движение, то и Земля не может быть неподвижной. Его теории земного движения довольно-таки темны, но из них все-таки явствует, что он думал о движении Земли вокруг ее оси как о некотором движении нашей планеты вместе со всей Солнечной системой «вокруг вечно вращающихся мировых полюсов».

Он дал совершенно новую систему физических понятий. По его мнению, все научные познания в области физики должны выражаться в некоторых числах и все наблюдения, имеющие целью изучение природы, должны производиться с весами в руках. Правда, его собственные измерения оказались чисто фантастическими, и автор даже не замечал причин их ошибочности. Но важно было уже то, что Николай Кузанский сформулировал общий принцип.

Главная трудность, которую он хотел преодолеть, заключалась в том, чтобы отыскать то абсолютно единое начало, которое проходит через все построение Вселенной. Для разрешения этой проблемы он придумал следующую смелую формулу, из которой делал подчас самые странные применения: утверждал, что противоположности и в бесконечно большом, и в бесконечно малом совпадают.

Николай Кузанский воскресил также понятие о протяженных, неделимых ни актуально, ни в возможности атомах. Однако он не рискнул утверждать, что существует пустое пространство, – доводы Аристотеля против возможности пустоты казались убедительными в течение всех Средних веков. Наконец, он считал невозможным разложение тел на совершенно простые элементы.

Механику Кузанского нельзя назвать ни философской, ни математической; в ней попадаются черты той и другой, но изобилует она преимущественно фантастическими проектами, – явление весьма частое в те времена, предшествовавшие возникновению экспериментальной физики. Средневековый механик высказывает свои мысли, не имея намерения осуществлять их, не заботясь даже о том, осуществимы ли они вообще или нет. Тем не менее подобные проекты дали начало экспериментальной физике.

Путешествие Колумба (1492) имело один важный результат для физики, именно для учения о магнетизме. Компас вошел уже в общее употребление у моряков, но в это время, столь чуждое всяким научным интересам, никто не позаботился ни об исследовании таинственной силы, направляющей магнитную стрелку, ни даже о точном изучении ее направления. Возможно, что при недостатке кругового деления под магнитной стрелкой или не замечали ее отклонения от северного направления, или объясняли его несовершенством устройства магнитной стрелки. Так или иначе, до Колумба было известно только восточное склонение, наблюдавшееся в прибрежиях Средиземного моря.

И вдруг Колумб к великому своему удивлению заметил вечером 13 сентября (он производил астрономическое определение на расстоянии 200 морских миль к западу от о. Ферро), что магнитная стрелка отклонилась на запад, притом на целых 5°, и что это отклонение постоянно увеличивалось по мере удаления на запад. Этим открытием было не только установлено склонение магнитной стрелки вообще, но и различие его для разных мест земного шара. С этих пор число наблюдений над направлением стрелки постепенно увеличивается, а вместе с тем начинаются и опыты для объяснения этих загадочных явлений.

С конца XV века многие науки начинают получать практическое воплощение. В частности, происходит резкий сдвиг в практическую область оптики, во многом благодаря трудам Леонардо да Винчи.

Леонардо да Винчи (1452–1519) родился в Винчи, близ Флоренции, и уже в 1480 году писал в Милане для доминиканской церкви св. Марии свою знаменитую «Тайную вечерю». В 1502 году он отправился путешествовать по Италии для обозрения крепостей, по поручению Валентина Борджиа; в 1507 году был занят сооружением мартезианского канала близ Милана; в 1509-м – руководил постройкой канала св. Христофора. В 1511 году Леонардо да Винчи проявил большую активность при вступлении в Милан Людовика XII, а в 1515-м – при вступлении туда Франциска I. В следующем году он в качестве придворного живописца отправился с королем во Францию и умер здесь в 1519 году.

Его научные познания отличаются такой же разносторонностью, как и его практическая деятельность, и касаются не только теории искусств, но и математики, астрономии и описательных естественных наук. При всем том Леонардо не был обыкновенным энциклопедистом, относящимся пассивно к воспринятому; напротив, он обнаружил, особенно в понимании физики, такой мощный и обширный ум, что опередил свое время более чем на целое столетие.

Леонардо основательно изучил труды древних и вынес убеждение, что одно философское направление не способно двинуть физику вперед, тогда как приложение математики даст плодотворные результаты: «Механика – истинный рай математических наук, потому что при ее посредстве можно вкусить от плодов математического познания». Но вместе с тем ему было ясно, что прежде чем приложение математики сделается вообще возможным, наблюдение должно накопить достаточный запас фактических данных, и он особенно настаивает на необходимости наблюдения и систематического опыта для познания частных явлений, от которых далее можно подняться к общим законам.

Следуя такому приему, Леонардо устанавливает, что тело падает по наклонной плоскости тем медленнее, чем длина ее больше высоты; а затем, правда, без доказательства, высказывает замечательное положение, что тело падает по дуге скорее, чем по соответствующей ей хорде. Его представление о свободном падении тел тоже гораздо рациональнее общепринятых в то время, так как относительно нарастания скорости падения он находит, что ускорение это происходит в арифметической прогрессии. Задачу косого рычага Леонардо разрешает, заменив его теоретическим рычагом, плечи которого перпендикулярны к направлениям силы. Далее, мы находим у него знание явлений капиллярности, знание веса воздуха, стоячих водяных волн, трения и т. д. Физические работы Леонардо сохранились в виде разрозненных листков.

Идея союза науки и практики проявилась и в его оптических исследованиях. В «Атлантическом кодексе» и других манускриптах им были поставлены и решены задачи построения хода лучей в глазе, рассмотрены вопросы аккомодации и адаптации глаза, дано научное объяснение действия линз, зеркал и очков, изучаются вопросы аберраций; зарисованы каустические поверхности, приведены результаты первых фотометрических исследований, описаны технологии изготовления линз и зеркал.

Особо важными представляются объяснения Леонардо да Винчи перевернутых изображений, даваемых камерой-обскурой, поскольку, помимо изображений на картинах художников и возникающих в глазу человека, в те годы это был единственный пример действительного оптического изображения. Историческая роль камеры-обскуры состоит в том, что она четко разграничила понятия свет и зрение. Изучение бинокулярного зрения привело Леонардо да Винчи к созданию около 1500 года стереоскопа, он изобрел ряд осветительных устройств, в том числе ламповое стекло. В 1509 году им была предложена конструкция станка для шлифовки вогнутых зеркал, подробно описано изготовление параболических поверхностей.

Леонардо обнаружил разницу между распространением звуковых и световых волн, исследовал отражение и преломление звуковых волн, эхо, скорость звука и факторы, определяющие степень громкости, исследуя для этого законы, управляющие затуханием звука, посредством изменения расстояния между источником звука и ухом. В результате он создал некую перспективу звука, подобную законам оптической и изобразительной перспективы.

Леонардо серьезно интересовался оптикой, поскольку практические вопросы, связанные с оптикой, были близки к живописи, а главным в жизни Леонардо была, конечно, живопись. Считая живопись наукой, Леонардо писал: «Наука живописи распространяется на все цвета поверхностей и на фигуры одетого ими тела, на их близость и отдаленность с соответствующими степенями уменьшения в зависимости от степеней расстояния. Эта наука – мать перспективы, т. е. учения о зрительных линиях».

Разносторонний гений Леонардо да Винчи вызволил наконец и механику из ее продолжительного летаргического сна. Но хотя он явно дал толчок новым исследованиям, собственные работы при его жизни остаются в неизвестности.

В это время статика делает некоторые успехи, исходя из архимедовых данных, но динамика остается всецело в руках аристотелианцев. Распространение компаса ведет к новым наблюдениям над магнитной силой, однако только в начале следующего столетия Гильберт даст теорию земного магнетизма.

Европейская физика XVI века

Свойства переходной эпохи проявляются в XVI веке таким множеством противоположностей, что общая характеристика ее весьма затруднительна. Со всех сторон пробиваются к свету новые теории, везде ставятся новые цели, везде старое упорно восстает против нового, подкапывающегося под его существование; а так как старое и новое не в состоянии уничтожить друг друга, то они продолжают существовать рядом. Мы находим всюду борьбу противоположных мнений. Покоя нет на протяжении всего этого столетия, и лишь следующий, XVII век принесет решение большей части вопросов.

Оптика, как всегда, находит деятельных работников. Ход прямолинейных световых лучей при зеркальном отражении и преломлении продолжает быть предметом изучения, но настоящих физических исследований природы света еще нет.

Акустика и учение о теплоте остаются почти не затронутыми новыми веяниями. В отношении к учению о теплоте это, впрочем, неудивительно, так как и в древности этот отдел физики был в загоне, а следовательно, не существовало исходных точек для исследования в этой области. Теплота считалась стихией, к которой трудно подступиться, особенно за неимением прибора для измерения теплоты, ведь он был сконструирован лишь в XVII веке после многих неудачных попыток. Слово «температура» выражает понятие о смешении различных элементов, подобно употребляемому в медицине слову «темперамент»; этим термином обозначается равновесие между некоторыми неизменными противоположностями.

А вот застой в акустике удивителен, так как древность дала много указаний для ее разработки, и музыка достигла уже блестящих результатов. Гвидо из Ареццо (умер в 1050) изобрел систему линий для обозначения высот тонов, а сами тоны обозначил наименованиями ut, re, mi, fa, sol, la, к которым было впоследствии присоединено si. Жан де-Мер (1310–1360) стал употреблять в нотах головки для обозначения их продолжительности. Франк Кельнский (XIII столетие) разработал контрапункт, а голландцы довели до значительного совершенства строгую многоголосую композицию. В XVI веке итальянцы превзошли голландцев, и церковная итальянская музыка достигла высшего развития.

Но при всем этом только Галилей, основатель новейшей физики, принялся в XVII веке снова за акустические исследования.

Физика христианской Европы обнаруживает связь с прошлым непосредственнее других ветвей естествознания. Философия, математика и медицина подвергались предварительной разработке в руках арабов, физика же оживает только после знакомства средневековой Европы с византийскими подлинниками и долго продолжает развиваться именно там, где это знакомство может быть всего легче осуществлено, – в Италии.

XVI век можно вообще назвать веком переводов. В числе работавших на этом поприще выдаются Мавролик, Тарталья, Дюгамель, Ксиландр, Венаторий и другие. Переводами с греческого отличился Коммандино (1509–1575), врач и математик герцога Урбинского. Он перевел сочинения Архимеда, Птолемея, Аполлония, Паппа, Герона, Евклида и Аристарха. Увлеченный Архимедом, он пишет и самостоятельный трактат о центре тяжести тел.

Знаменитый итальянский математик Николай Тарталья (1501–1559) своим сочинением «Nuova scienza» («Новая наука»), написанным в 1537 году, положил начало разработке проблем динамики. Он исследует путь брошенного тела и находит его кривым от начала до конца, тогда как прежде, согласно Аристотелю, принимали, что брошенный снаряд летит сначала горизонтально, вследствие сообщенного ему насильственного движения, затем переходит в смешанное круговое движение, и, наконец, когда сообщенное насильственное движение угаснет, снаряд падает отвесно вниз.

Тарталья видит, что так называемые естественные движения должны с самого начала смешиваться с насильственными, но тем не менее не решается сразу выступить против господствующего мнения и допускает, что в начале и конце путь весьма мало уклоняется от прямолинейного. Именно он заметил, что пуля, пущенная из ружья в горизонтальном направлении, тотчас же опускается ниже горизонтальной линии и, следовательно, имеет дальность полета, равную нулю. Он отсюда пришел к выводу, что дальность полета всего больше, когда пуля выпущена под углом в 45°, – выводу, который случайно оказался вполне верным. Исследования Тартальи показывают, до какой степени темны были даже в это время представления о сложении движений и о форме линии полета. Его здравый взгляд на предмет может быть вполне оценен, если припомнить, что еще в 1561 году некий Зантбек утверждал, будто пуля, выпущенная из ружья, летит по прямой линии до тех пор, пока сообщенное ей насильственное движение не угаснет, а затем уже мгновенно падает.

О жизни его скажем, что Тарталья происходил из бедной семьи и никогда, невзирая на знакомства с влиятельными лицами, не поправил своего состояния. Первоначального образования он не мог получить и выучился читать лишь на четырнадцатом году жизни.

Джеронимо Кардано (1501–1576) был многосторонним ученым. Он занимался математикой, физикой, естественными науками, философией, медициной и во всех отраслях оставил более или менее серьезные работы. При своих необыкновенных дарованиях он отличался такими странностями, что даже друзья могли объяснить их только временным помешательством. Если бы Кардано не сам описал свою жизнь, нельзя было бы поверить соединению стольких слабостей и противоречий в одном человеке. При почти непостижимом бесстрашии в философии, он приходил в трепет от каждого дурного предзнаменования и верил в домовых. Знаменитый медик, тонкий и изобретательный математик, он верил в сны и занимался магией и колдовством. Он то вел суровый образ жизни, то предавался всевозможным излишествам, переходя от роскоши к нищете. Ему хотелось все знать и все испытать. Нечувствительность его к величайшим несчастиям была так велика, что он, говорят, без всякого волнения присутствовал при казни родного сына.

Кардано изучал все науки и в каждую внес какое-нибудь усовершенствование. У него достало смелости вступить в единоборство со всей древней наукой. Для него не существовало авторитетов, он доверял только указаниям собственного разума. Но при всем том смелый преобразователь, которого не пугали никакие преграды, был убежден, что каждый год 1 апреля в 8 часов утра он может получить свыше все, чего бы ни пожелал. Рассказывают, что на 75-м году Кардано добровольно умер от голода, чтобы доказать справедливость одного из своих предсказаний.

Этот ученый наиболее известен как математик, а из физических его работ лучшие относятся к механике. Он доказал вполне справедливо, что для поддержания тела на горизонтальной плоскости не нужно никакой силы, а если плоскость наклонная, требуется сила, равная тяжести тела. Этим, впрочем, исчерпываются верные выводы Кардано, и он заканчивает уже вполне ошибочным положением, что сила должна быть прямо пропорциональна наклону плоскости, то есть, например, для наклона в 30° она должна быть вдвое больше, чем для наклона в 15°.

Невзирая на соперничество, Кардано и Тарталья имели много общего в своих физических исследованиях. Оба, решая задачу о пропорциональности силы углу наклонной плоскости, приходят к выводу, что эти две величины нарастают или убывают во всех случаях пропорционально, и оба ошибались. Для механики XVI века это дурной показатель, – два таких замечательных математика, как Тарталья и Кардано, не могут проверить опытным путем, действительно ли имеет место утверждаемое ими!

Значительная часть сочинений Кардано посвящена описанию механических изобретений, нередко имеющих характер фокусов. В то время любили возбуждать удивление публики подобными выдумками. Для сиденья в императорских экипажах изобретается особое приспособление (употребляемое теперь, например, для корабельных компасов), чтобы его величество могло сидеть неподвижно при толчках. В дымовой трубе проделываются четыре отводящие трубы, соответственно четырем странам света, чтобы при противных ветрах дым мог выходить в одно из отверстий. В числе других «интересных» сведений Кардано сообщает, что из Германии в Милан была привезена блоха, привязанная волосом к цепи.

В описываемый нами период число противников аристотелевской физики быстро возрастает. Гнет схоластической философии порождает в ее противниках ненависть, идущую часто мимо цели.

Так, Петр Рамус (1502–1572), даровитый французский математик, не захотел признавать даже аристотелевской логики и написал свою, усовершенствованную. Против сочинения своего схоластического противника Карпентария составил два. Сегодня они интересны только по смелости, с которой автор старается ниспровергнуть авторитет Аристотеля, а лично для него эта борьба обернулась поражением: он потерял кафедру и был вынужден бежать из Парижа. Его осудили специальные судьи, а затем и вовсе убили, как уверяют, по наущению враждебного ему Карпентария.

Бернардин Телезий (1508–1588) из Конзенцы основал общество естествоиспытателей, академию для борьбы с натурфилософией Аристотеля. Он выдвинул оригинальную идею, что есть единое первичное вещество и два начала – теплота и холод. Причем все тела образуются, по его теории, от действия этих двух начал на первичную материю. Так как небо, по преимуществу, является средоточием тепла, а земное ядро – холода, то на поверхности Земли возникает наибольшее число живых существ. Теплота неба неравномерна: звездные части теплее беззвездных. Вследствие неравномерного тепла однообразное вначале движение планет превращается в неравномерное. Teлезий объясняет и происхождение цветов своими двумя стихиями: тепло – причина белого, холод – черного цвета. Прочие цвета происходят, как и у презираемого им Аристотеля, из смешения двух основных.

Франциск Мавролик (1494–1575), сын грека, бежавшего из Константинополя от турок и поселившегося в Мессине, написал большое сочинение по оптике. Однако занимался он преимущественно преподаванием математики, и математические трактаты составляют большую часть его сочинений. Исследования конических сечений принесли ему славу величайшего геометра XVI века. И все же теперь он известен как автор «Оптики».

По его объяснению радуги луч отражается до семи раз в капле воды под углом в 45° и ни разу не преломляется, что, конечно, не дает результатов, согласных с опытом. Но зато мы находим у него правильное замечание, что радуга второго порядка не может быть простым изображением главной радуги по следующим причинам: цвета главной радуги недостаточно ярки, чтобы отражаться; зеркальной поверхности для отражения не существует; отражение извратило бы не только порядок расположения цветов, но и саму дугу.

Мавролику принадлежит заслуга довольно верного объяснения действия очков. Изучая преломление светового луча в чечевицах, он заметил, что лучи, выходящие из одной точки, вновь соединяются позади чечевицы в одной какой-либо точке. Это можно ясно видеть при пропускании солнечных лучей через выпуклую чечевицу в темную комнату. Истинную точку соединения, то есть фокусную длину чечевиц Мавролик определять не стал, ибо был убежден в пропорциональности углов падения и преломления. И все же он видит ясно, что при выпуклых стеклах получается изображение предмета позади чечевицы; что вогнутые стекла не соединяют, а напротив, еще сильнее рассеивают лучи; и что действие обоих родов чечевиц усиливается по мере увеличения их кривизны.

На основании этих данных Мавролик признает хрусталик важнейшей частью глаза, указывая, что он соединяет лучи, получаемые от предмета, и дает изображение последнего. При ненормальной кривизне хрусталика соединение лучей может произойти либо раньше, чем нужно (близорукость), либо позже (дальнозоркость). Эти-то недостатки и исправляются выпуклыми и вогнутыми стеклами очков. О назначении сетчатой оболочки глаза и о возникновении на ней изображений Мавролик не имеет ясного понятия. Лучи света должны, по его мнению, падать на нерв раньше своего соединения.

Полагая, что хрусталик глаза работает как линза, он все же не смог признать, что изображение получается перевернутым, и серией ухищрений пытался доказать, что изображение будет прямым. А вот объяснение круглых солнечных изображений, наблюдаемых при известных условиях под тенью деревьев, удается Мавролику вполне.

К сожалению, его труд был опубликован лишь в 1611 году, через 57 лет после написания и не смог оказать заметного влияния на развитие практической оптики в то время.

А вот пример, когда ученому не хватило собственного авторитета. Ряд новейших механиков начинается с Гвидо Убальди, маркиза дель-Монте (1545–1607), известного по сочинению «Механика» в шести книгах. Считается, что на его новейшей механике ясно сказывается зависимость от архимедовой, на том основании что он был учеником Коммандино, переводчика архимедовского трактата о плавающих телах. Кроме того, Убальди сам перевел сочинение Архимеда о водоподъемном винте, имея свое собственное сочинение по этому вопросу.

Самое интересное, перевод Архимеда появился спустя 10 лет после выхода в свет «Механики» самого Убальди! И вот ученый пишет, что он убедился в правильности предположений великого грека, и многие из них доказал. Но, узнав, что своим трудом не удовлетворил всех читателей, решил для обеспечения лучшего приема собственного сочинения познакомить их с подлинным учением древнего писателя, так как «авторитет всегда много значит».

Убальди был знаком с Галилеем, который прямо указывает, что сочинения Убальди побудили его к исследованиям над центрами тяжести тел.

Английский моряк, конструктор компасов Роберт Норман в своем небольшом сочинении «Новое взаимодействие» (1580) первым выказал верное и точное знакомство со свойствами магнитной стрелки. Раньше (в 1544) нюренбергский уроженец Гартман, занимавшийся устройством солнечных часов, заметил горизонтальное наклонение магнитной стрелки, но был не в состоянии его измерить. Норман же открыл наклонение стрелки к горизонту и устроил магнитную стрелку, вращающуюся вокруг горизонтальной оси в магнитном меридиане, при помощи которого он определил наклонение для Лондона в 71°50 . До Нормана и его открытия относили точку притяжения магнитной стрелки в небо или же верили рассказам о громадных железных горах на севере, которые притягивали неосторожно приблизившиеся корабли и разрушали их, извлекая из них железные гвозди. Норман отнес точку притяжения к Земле, по крайней мере, для горизонтального наклонения стрелки, хотя он и не считает еще Землю магнитом.

М. Варро (1584) объяснял действие клина сложением двух гипотетических движений. Он вообще имел понятие о сложении сил и знал, что три силы, которые в своем действии относятся между собой как стороны прямоугольного треугольника, могут находиться в равновесии.

Сложением сил занимается и Симон Стевин. Он родился в 1548 году в Брюгге, был вначале чиновником по сбору податей в родном городе, затем инспектором сухопутных и водяных сооружений в Голландии и умер в Лейдене в 1620 году. Стевин занимает своеобразное место в механике. Язык его прост, ясен, точен, доказательства излагаются твердо и надежно; у него нет свойственной его времени путаницы механических понятий. Мало того, он почти всегда подкрепляет свои положения хорошо придуманными и искусно выполненными опытами. Его называют истым статиком архимедовой школы, причем, говорят, в лице Стевина древняя статика как бы заканчивается – открытием закона наклонной плоскости и исследованием давления жидкостей.

Занимаясь изучением силы тяжести, он вывел следующее положение: два груза, расположенные на двух наклонных сторонах треугольника, находятся в равновесии, если отношение их равно отношению этих сторон. Если одну из сторон принять вертикальной, то соответствующий ей груз будет действовать всей своей тяжестью, из чего опять следует: для поддержания груза на наклонной плоскости нужна тяжесть, относящаяся к грузу как высота наклонной плоскости относится к ее длине.

Положение о равновесии воды в сообщающихся трубках Стевин прямо выводит из зависимости давления на дно от площади давления и высоты уровня. С другой стороны, он пользуется фактом равной высоты уровня в сообщающихся трубках разной ширины как опытным доказательством справедливости своего закона. Архимедовское учение о плавающих телах он расширяет общими положениями, что при равновесии центр тяжести плавающего тела должен лежать вертикально под воображаемым центром тяжести вытесненной массы жидкости и что равновесие тем устойчивее, чем глубже первая точка лежит под второй.

Дж. Б. Бенедетти (1530–1590) был в большей степени динамиком, чем статиком. Он проявляет некоторое знание инерции тел не только в состоянии покоя, но и при движении. Его представление о силе остается еще вполне аристотелевским, но Бенедетти утверждает, вопреки Аристотелю, что брошенный камень скорее задерживается, чем толкается вперед воздухом, и что движение камня, после того как он отделился от бросающей руки, зависит от известной стремительности, сообщенной ему первоначальной силой. При естественном движении (свободном падении тел) стремительность эта постепенно нарастает, так как постепенно усиливается ее причина, именно стремление тел к указанному им природой месту. Поэтому тела падают все быстрее и быстрее по мере приближения к Земле.

Наконец, Бенедетти решил спорный вопрос XVII века – задачу о косом рычаге – следующим положением: движущая сила любой тяжести узнается по длине перпендикуляра, опущенного из точки опоры рычага на линию наклона силы. Это положение содержит ясное определение того, что мы теперь называем моментом силы.

Бенедетти, венецианец по рождению, принадлежал к талантам, развившимся рано, и притом совершенно самостоятельно. Он сам рассказывает о себе, что никогда не обучался в школе, а только прочел четыре книги Евклида под руководством Тартальи. Дальнейшее свое образование он уже продолжал самостоятельно и, несмотря на это, на 23-м году жизни опубликовал замечательное сочинение, в котором показал, как можно решить все задачи Евклида при посредстве одного циркуля. Главный труд, в котором он изложил свои физические взгляды, появился под конец его жизни и не обратил на себя заслуженного внимания, ибо Бенедетти был отъявленным врагом Аристотеля. Умер он в звании математика герцога Савойского.

Тихо Браге (1546–1601) был исключительно астрономом, но у него имеются две работы, отнесенные в то время к физическим. Это его теория комет и наблюдение над астрономической рефракцией.

До него кометы считались атмосферным явлением и относились к области физики. Тихо Браге, наблюдавший комету 1577 году, не мог при самом тщательном измерении найти параллакса. Так как он при точности своих инструментов определял параллакс в 2 , то и решил, что расстояние до этой кометы в 28 раз больше расстояния до Луны, и с уверенностью исключил ее из числа атмосферных явлений. Что касается астрономической рефракции, которая была известна гораздо раньше, но не принималась как следует в расчет, то Браге впервые стал ее учитывать при своих наблюдениях и жестоко осуждал другие обсерватории, которые этого не делали. Впрочем, хотя он составил таблицы астрономической рефракции на основании своих наблюдений, его оптические взгляды, по-видимому, были не из самых верных. Он утверждал, например, что рефракция прекращается на высоте 45° над горизонтом и бывает различна для различных светил, Солнца, Луны и т. д.

Джамбатиста Дел да Порта (1538–1615) – одна из любопытнейших личностей XVI века. Он был богатым итальянским аристократом, который при своих разнообразных занятиях производил скорее впечатление любителя физики, чем настоящего физика. Он некоторыми чертами напоминает Плиния: так же любознателен и неутомим в собирании сведений, и так же легковерен и пристрастен к чудесному. Большую часть жизни провел в путешествиях, везде старался узнать что-нибудь новое, завязывал знакомства со знаменитостями, изучал древних натуралистов и наконец в обширном компилятивном труде свел все приобретенное. Но Порта сильно отличается от обыкновенного компилятора: он был мастером производить опыты и потому смог обогатить различные отделы физики новыми открытиями. Зато ему недоставало строгого аналитического ума и математического образования.

Вопреки духу времени, он ничего не сделал для механики. Даже в отношении опытов следует остерегаться излишней доверчивости, так как Порта нередко описывает вещи, которых сам не делал.

Главный его труд – «Естественная магия».

Он предлагает проводить воду через горы посредством сифона: нужно проложить через гору трубу и снабдить ее, для наполнения водою, кранами на обоих концах и на верхушке. Мысль его угадать нетрудно, но если бы он хоть раз попробовал применить своей проект к горе высотою более 10 метров, то, пожалуй, еще раньше Галилея открыл бы, что «боязнь пустоты» имеет свои пределы.

Или, например, он описывает лампу, придающую всем присутствующим лошадиные головы, или способ определения целомудрия женщины посредством магнита. Несмотря на обилие чепухи или, может быть, именно поэтому, сочинение Порты имело громадный успех и было переведено на итальянский, французский, испанский и арабский языки. Второе издание было значительно расширено против первого и содержало меньше фантастических опытов, вследствие чего оно и пользовалось гораздо меньшим успехом.

Важнейший отдел «Естественной магии» посвящен оптике. Здесь есть описание камеры-обскуры в простейшем ее виде. Порта указывает, что если проделать в ставне темной комнаты маленькое отверстие, то на противоположной стене будут рисоваться внешние предметы, освещенные солнцем, в их естественных красках, но в обратном виде. Этот опыт он не выдает за свое собственное открытие, что, конечно, правильно, так как он был известен еще раньше, не говоря уже о том, что он подробно описан у Леонардо да Винчи.

Зато во втором издании находится описание усовершенствованного опыта, который заставляет признать Порту изобретателем нашей камеры-обскуры (хотя, правда, еще не в портативной форме). Описав известное уже нам приспособление, Порта продолжает:

«Я хочу открыть тайну, о которой до сих пор имел основание умалчивать. Если вы вставите в отверстие двояковыпуклую чечевицу, то увидите предметы гораздо яснее, так ясно, что вы будете узнавать в лицо гуляющих на улице, как будто бы они находились перед вами».

Свое открытие Порта переносит на глаз и зрение; он называет глаз камерой-обскурой, зрачок отверстием, пропускающим свет, а хрусталик (странная ошибка со стороны человека, который учит вставлять двояковыпуклое стекло в отверстие ставни) – ширмой, воспринимающей изображения. Порта, по-видимому, не слыхал о Мавролике, который раньше, чем он, дал этому объяснения; иначе он не говорил бы, что дальнозоркость происходит вследствие слишком сухого и твердого, а близорукость – вследствие слишком влажного и мягкого хрусталика при соответственно слишком узком или широком зрачке. Всего любопытнее у Порты решение вопроса о едином видении двумя глазами; подробно изложив все существующие на этот счет гипотезы, он кратко указывает, что мы во всех случаях видим только одним глазом, притом правым, если предмет находится от нас справа, и левым, если предмет находится слева.

Камера-обскура служит Порте преимущественно для развлечения посетителей. Перед чечевицей в стене он прикрепляет полую бумажную трубку, переднее отверстие которой закрыто тончайшей бумагой; на этой бумаге он рисует различные фигуры и передвигает трубку до тех пор, пока солнце не даст явственного изображения фигур на стене. Движениями трубки он умеет сообщить фигурам такое оживление, что приобретает не совсем безопасную репутацию колдуна. Удивительно, что Порта, вообще не отличающийся излишком скромности, на этот раз не придает надлежащего значения своим опытам, так как не понимает их важности, а потому, собственно, он и не заслуживает звания изобретателя волшебного фонаря.

Еще менее заслужена им слава изобретателя зрительной трубы. Мнение, приписывающее ему это открытие, основано на одном месте «Магии», где Порта говорит о некоем приборе для глаз, но сам текст темен, а вообще можно понять, что он имел в виду средство для людей со слабым зрением, а вовсе не зрительную трубу, открывающую новые миры и для вполне нормальных глаз.

Кроме оптических исследований, заслуживают еще внимания опыты Порты над магнитом. Он знает, что разноименные полюса (которые он называет дружественными) взаимно притягиваются, а одноименные (враждебные) взаимно отталкиваются; но вместе с тем он полагает, что магнит одинаково способен и притягивать и отталкивать железо.

Порта, как уже было замечено, – довольно загадочная личность: он хвастлив, относится легкомысленно к истине, верит чудесам без всякой критики, не имеет серьезного научного направления; и несмотря на все это, за ним нельзя не признать известных заслуг. Мы встретились уже однажды с подобным сомнительным характером в лице Кардано и могли бы познакомиться еще с другим, знаменитым Парацельсом (1493–1541), виртуозом шарлатанства, который, помимо серьезных заслуг перед медициной, имеет и перед естественными науками заслугу энергичной борьбы со схоластическим аристотелизмом. Внешняя эффектность с примесью чудесного была, видимо, необходима в ту пору для приобретения ученой славы.

А вернувшись к судьбе Порты, упомянем об ученом обществе, которое он основал в 1560 году в Неаполе, – не потому, что оно заслужило известность какими-либо научными трудами, а потому, что было первым обществом, основанным с исключительной целью содействия развитию естествознания. Эта «Академия тайн природы» не успела, однако, раскрыть никаких тайн, потому что, когда Порта должен был явиться на суд инквизиции по обвинению в колдовстве и чародействе, она прекратила свое существование и уже не смогла вновь собраться после освобождения своего основателя.

В конце XVI века, в то время как в Оксфорде всякий магистр или бакалавр должен был платить 5 шиллингов штрафа за малейшую погрешность против Аристотеля, Пикколомини (1597) обратился к проблеме свободного падения тел и отверг старое толкование. Он заметил, что Аристотель по отношению к легким и тяжелым телам установил несколько положений, противоречащих опыту, и что его законы для скоростей падающих тел даже прямо неверны, так как вдвое более тяжелый камень не падает вдвое скорее. Это положение еще раньше и весьма основательно опровергал Стевин, указав, что 10 кирпичей одинаковой величины, падающих порознь с одинаковой скоростью, не станут падать в 10 раз скорее, если их бросить связкой.

Галилео Галилей (1583) наблюдает в Пизанском соборе качание люстры. В 1590 году своими опытами над падением тел с наклонной башни в Пизе он доказал, что скорость падения тел не находится в прямой пропорциональной зависимости от их тяжести.

Физика XVII века

В XVI столетии, как мы видели, Европа вполне успела освоиться с византийской наукой, которую ученые XIX века назвали древней. Все из византийских достижений, что не погибло безвозвратно, было разыскано и стало общедоступным благодаря переводам и пояснениям, и это отличительная черта рассмотренного нами века. Однако в собственно физике существенных успехов еще незаметно.

Только в XVII веке Европа твердо вышла за рамки канонизированной византийской науки, признав экспериментальный метод истинным физическим методом.

На рубеже XVI и XVII веков физика вызывала довольно большой интерес. Даже математики интересовались опытными исследованиями, и если не производили их сами, то, во всяком случае, побуждали к ним других. Физиков в нашем смысле слова, то есть людей, методически занимающихся экспериментальным исследованием природы, в ту пору еще не существовало. Для проведения таких работ, вообще говоря, нужны какие-то общие воззрения, на основе которых можно было бы строить гипотезы и проверять или исправлять их в зависимости от результатов эксперимента. Однако после отказа от принципов натурфилософии Аристотеля никакой методически выстроенной общей системой воззрений физика не обладала.

Физики поступали так. Выдвигался какой-нибудь априорный, не основанный на опыте постулат, из него делались выводы, а затем эти выводы и проверялись на опыте. Галилей шел именно по этому пути. Тот же принцип работы был у Декарта, система которого построена вполне априорно. На таких соображениях основан Декартом, например, закон преломления и отражения, которым он воспользовался для создания математической теории радуги.

Между тем после того, как учение Аристотеля о субстанциальных качествах было отвергнуто, опять встал вопрос об устройстве мира. Можно было вернуться к идее атомизма и попытаться объяснить все явления природы непосредственным механическим действием мельчайших частиц материи. Но эти частицы оставались невидимыми, чисто умозрительными. В ученых спорах отрицалась возможность непосредственного действия одного тела на другое на расстоянии, без промежуточной материи; чтобы выйти из тупика, допускалось существование кроме осязаемой материи еще и неосязаемой, обусловливающей световые, электрические и магнитные явления. Физики тщились разрешить все эти вопросы и сильно расходились в своих мнениях.

Рене Декарт (1596–1650), сначала допускавший существование пустого пространства, впоследствии отверг эту гипотезу и предположил существование трех различных элементарных веществ, сплошь заполняющих пространство. Напротив, Пьер Гассенди (1592–1655) предпочел держаться старых теорий Демокрита и Эпикура. Его сочинения, обнаруживающие глубокие знания, пользовались значительным влиянием у современников.

Дискуссии о пустоте приняли совершенно иной характер, когда в орбиту внимания физиков вошел вопрос о барометрической пустоте. Ученик Галилея Торричелли (1608–1647) указал, что воздух обладает весом и оказывает давление. Декарт согласился с этим мнением, Паскаль попытался в своих «Новых опытах относительно пустоты» (1647) доказать, что верхняя часть барометрической трубки, не заключающая в себе никакого вещества, должна считаться за пустоту. Уже в следующем году он мог сослаться на опыты, произведенные на горе Пюи-де-Дом, которые доказывали, что колебания уровня ртути в барометре находились в зависимости от давления воздуха.

Опытные исследования на Пюи-де-Дом имели кардинальное значение для перехода к систематическому изучению природы. Доказательство тяжести воздуха, открытие способа измерения атмосферного давления и изучение его колебаний, а также основной закон гидродинамики, установленный Торричелли, существенно дополнили открытые Галилеем принципы механики. Они неминуемо вели к возникновению настоящей опытной физики, а исследователи были уже подготовлены к ней учением Декарта.

Интересно, что этот новый путь опытного исследования был уже указан Френсисом Бэконом (1561–1626). Произведения этого английского лорд-канцлера оказали большое влияние на научную мысль, хотя ему и не удалось достичь реальных позитивных результатов. К сожалению, он недооценивал значение математики для физики, отвергал систему Коперника, игнорировал открытия Кеплера и т. д. Несмотря на вражду к Аристотелю, поддавался влиянию схоластического мировоззрения. У него не было дарования к совершению новых открытий, а пытаясь применять свой собственный метод опытного исследования, он, похоже, сам не понял его значения. А как писал Декарт, никакой метод не может рассчитывать на признание ученых, если основательность его не доказана на деле.

Вот почему, несмотря на все свои старания, Бэкон не сделался для ученых ни руководителем, ни передовым человеком. Он дал себе совершенно правильное название: трубач, герольд. Он только призывал к открытию истины. Но и в этом он был силен главным образом потому, что волею судеб оказался не скромным университетским преподавателем, а блестящим политиком, лорд-канцлером.

Даже после Бэкона, вплоть до середины XVII столетия опытный метод существовал только в теории. Ученые делали свои заключения большею частью априорно и с помощью математики. Это обусловило разрыв между сведениями, добытыми исключительно путем наблюдений и полученными в результате умозаключений. Наука как бы распалась на две совершенно независимые сферы, и успехи, достигнутые в одной из них, нисколько не воздействовали на открытия, совершаемые в другой. Вся промежуточная область была не заполнена, и разум человеческий не мог здесь прийти ни к каким сколько-нибудь окончательным результатам.

Итак, характерные черты XVII века – любовь к эксперименту и классификациям, а также строгий и сухой рационализм на фоне продолжающей править бал схоластики.

С именем Галилея, прожившего 78 лет, из них 42 года – в XVII веке, в значительной мере связан прогресс в развитии всех прикладных оптических исследований, от применения телескопа и до микроскопа.

Первая зрительная труба появилась на рубеже XVI и XVII веков в Голландии, о чем сообщил в 1608 году очковых дел мастер Липперсгейм. Известие о его изобретении побудило Галилея через год в Падуе построить свой телескоп и тем самым положить начало современной астрономии. Разработкой же собственно теории этого инструмента и практики его применения занимался не только Галилей, но и в основном Иоганн Кеплер.

Изобретение зрительной трубы в начале XVII века было вполне естественным, а ее быстрое распространение и блестящие результаты, полученные при ее помощи, свидетельствуют о своевременности открытия. Напротив, микромир никого не привлекал в эту пору, и микроскоп можно назвать преждевременным изобретением. Использовать его наука не сумела.

И этому нисколько не противоречит тот факт, что изобретение зрительной трубы относят обыкновенно к 1608-му, а микроскопа к 1590 году, на 18 лет раньше. Дело в том, что 1608-й – это год обнародования изобретения зрительной трубы, а 1590-й – действительно год изобретения микроскопа.

Кроме того, последняя дата не вполне достоверна.

Наши знания о первом микроскопе основаны на сообщении голландского посла В. Ф. Борееля (1655), который слышал, что его прежний товарищ детства в Мидельбурге, оптик Захарий Янсен, вместе со своим отцом устроил первый микроскоп. Изобретатели представили прибор эрцгерцогу Альбрехту австрийскому, а он подарил его Дреббелю, у которого посол и видел микроскоп в 1619 году. О том же сообщал и сын Захария Янсена. Так как фактов, опровергающих эти данные, нет, приходится признать 1590 год годом изобретения микроскопа. Во всяком случае, передача микроскопа эрцгерцогу должна была произойти после 1596 года, так как только тогда Альбрехт вступил в Брюссель в качестве генерал-губернатора; притом не подлежит ни малейшему сомнению, что до всеобщего сведения микроскоп дошел позже зрительной трубы.

Мы знаем, что Сенека заметил увеличительную способность стеклянных сосудов с водой; что Альгазен говорил об увеличениях, получаемых с помощью сферических поверхностей, а Роджер Бэкон и Порта с увлечением описывали свойства стеклянных полированных чечевиц. Но никому из прежних естествоиспытателей не приходила мысль применить чечевицы для наблюдения мельчайших предметов, недоступных простому глазу.

Название микроскоп, прямо указывающее на такую цель, обязано своим происхождением Десмикиану, члену основанной в 1603 году академии «Dei Lyncei» (то есть рысеглазых). Но собственно микроскопические наблюдения с научной целью были начаты Гуком, Левенгуком и Гартсекером только около 1670 года, хотя, впрочем, уже Стеллути в 1625 году рассматривал под микроскопом части пчелы.

Все эти ученые пользовались еще простым микроскопом. Левенгук употреблял маленькие стеклянные чечевицы, увеличивавшие в сто шестьдесят раз, Гук – стеклянные шарики, а Гартсекер сам плавил для себя подобные шарики над лампой. Еще проще был водяной микроскоп С. Грея 1696 года, где капля воды, взятая на кончик иглы, помещалась в маленькое отверстие металлической пластинки и сама собой превращалась в увеличительное стекло.

Оцените, до какой же степени было затруднено исследование микромира с помощью таких шариков и как велика была наблюдательность, например, Левенгука, открывшего при помощи подобного инструмента инфузории, семянные тельца и так далее! Ведь согласно исчислению Гюйгенса, шарик увеличивает только в сто двадцать раз. Продолжительное применение столь простых микроскопов показывает, что потребности в них были минимальны даже в XVII веке, а позднее начало научных исследований служит признаком того, что в это время вообще не нуждались еще в микроскопе.

Знаменитый Гюйгенс, несмотря на то, что он был голландцем, полагает, что микроскоп был изобретен не ранее 1618 года и впервые продемонстрирован у Дреббеля в Англии в 1621 году. Однако Галилей уже в 1612 году послал микроскоп в дар королю Сигизмунду польскому, но это, очевидно, не вызвало ничьего внимания, так как Гюйгенс в подтверждение своей точки зрения указывает, что итальянец Сиртури, писавший в 1618 году о зрительных трубах, не упоминает еще о микроскопе.

Поговорим же подробнее о телескопе и микроскопе Галилея.

Как только профессор физики и военного дела Галилео Галилей узнал о появлении нового прибора – зрительной трубы, он сразу решил применить его для астрономических наблюдений. Он уже в то время был убежденным последователем Коперника. Он в это время занимался движением маятника и связанной с этим проблемой свободного падения тел и получал результаты, в общем противоречащие учению Аристотеля. И вот, за несколько дней наблюдения звездного неба в телескоп он увидел достаточно для того, чтобы полностью опровергнуть всю картину мира Аристотеля.

Луна не выглядела совершенной сферой, Венера, как и Луна, имела фазы, Сатурн оказался разделенным на три планеты. Галилей также заметил, что вокруг Юпитера вращаются три звезды или луны, то есть миниатюрная система Коперника, которую каждый смотрящий в телескоп мог увидеть своими глазами. Он обнаружил также, что Солнце вращается вокруг своей оси, и на его поверхности имеются пятна. Кроме того, поверхность Луны оказалась гористой, а сама Луна совершала видимые периодические колебания вокруг центра как маятник. Галилей обнаружил огромное количество звезд, невидимых невооруженным глазом или даже с помощью зрительных труб. Кажущийся туманностью Млечный Путь также оказался состоящим из отдельных звезд.

В 1610 году Галилей опубликовал труд «Звездный вестник». В нем он сжато и ясно излагал свои наблюдения. Книга вызвала сенсацию, и надо сказать, что многие открытия Галилея получили признание в церковных кругах, а папа Урбан VIII считал его своим другом. Однако доминиканцы и иезуиты оказались сильнее папского покровительства: по их доносу в 1633 году Галилей был предан суду инквизиции в Риме и чуть было не разделил участь Джордано Бруно. Лишь ценой отречения от своих взглядов он спас себе жизнь; учение о движении Земли было объявлено ересью.

Но его «Звездный вестник» послужил могучим стимулом к созданию разнообразных конструкций телескопов и других оптических приборов. Путем логических рассуждений он сам пришел к выводу о необходимости сочетания в телескопе выпуклой и вогнутой линзы для получения искомого эффекта увеличения. Он первым понял, что качество изготовления линз для очков и для зрительных труб должно быть различным. Галилей усовершенствовал технологию изготовления линз, что позволило ему создать инструмент, увеличивающий в 32 раза, в то время как все существовавшие до него зрительные трубы давали увеличение лишь в 3–6 раз.

Галилею также принадлежит приоритет в конструировании микроскопа, который он создал, подбирая соответствующее расстояние между линзами, при котором оказывались увеличенными не удаленные, а близкие предметы. О наблюдениях насекомых имеется запись от 1614 года, а в 1624 году он посылает сконструированный им микроскоп Федерико Чези с описанием наводки на резкость.

После смерти Галилея должность придворного математика герцога тосканского получил его ученик Эванджелиста Торричелли. Научившись у своего великого учителя искусству шлифовки линз, он стал искать ответ на вопрос: как проверить точность изготовления линз? Так как в первой половине XVII века еще не были известны явления интерференции и дифракции, результат работы шлифовальщиков целиком зависел от случая. В 1646 году им была сделана линза диаметром 83 мм, которая и сейчас относится к классу современной точной оптики. Письма Торричелли, датированные 1644 годом, доказывают, что это не было случайностью. Он писал:

«В конце концов… изобретение, касающееся стекол, у меня в руках… За несколько последних дней я один обработал шесть стекол, из которых два не уступали наилучшему из тысячи стекол, сделанных за тридцать лет Фонтаной» (линзы неаполитанского мастера-оптика были самыми совершенными в то время).

Хотя Торричелли так и не открыл свой секрет и не опубликовал ни одной работы по оптике, полагают, что он заметил интерференционные кольца, возникающие при притирке линзы с поверхностью формы, и использовал их для оценки качества обрабатываемой поверхности. Заметим, что, когда он умер, официальным открывателям этих «колец Ньютона» Роберту Гуку и Исааку Ньютону было 12 и 5 лет соответственно.

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, Торричелли занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла, расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку. Подобно тому, как в руках Галилея телескоп обнаружил тайну звезд, микроскоп в руках исследователей XVII века открыл двери в мир бесконечно малого. Насекомые, части растений, бактерии – все это стало предметом исследования и привело к быстрому расцвету соответствующих дисциплин.

А фундамент современной научной оптики линз заложил выдающийся немецкий астроном Иоганн Кеплер, родившийся в 1571 году. При точном расчете оптимальных линз для любых целей надо знать правильный закон преломления света в стекле. Этот закон еще не был известен; конечно, не знал его и Кеплер (он ошибочно полагал, что отношение угла падения к углу преломления есть константа). И все же он придумал такие системы линз для телескопов, что даже в наши дни кеплеровский окуляр находит применение в оптических приборах.

Помимо интенсивных занятий астрономией, он изобрел зрительную трубу, состоящую из двух положительных линз (телескоп Кеплера) с большим полем зрения и промежуточным перевернутым действительным изображением, в плоскости которого можно располагать визирующее устройство. Это превратило телескоп из инструмента наблюдательного в инструмент измерительный.

Он первым применил камеру-обскуру для наблюдения солнечного затмения, установив, что форма изображения на стенке камеры не зависит от формы отверстия. В 1604 году Кеплер написал «Дополнение к Виттеллию», в котором четко описывает перевернутое изображение на сетчатке глаза, завершив исследования Альхазена и Леонардо да Винчи в области физиологии зрения.

Его главным трудом по оптике стала «Диоптрика», написанная всего за два месяца в 1610 году, под впечатлением открытий Галилея. Здесь он дал начала анализа и синтеза оптических систем, а также все основные понятия геометрической оптики. Этот выдающийся труд и все остальные работы, в том числе знаменитые законы для гелиоцентрической системы Коперника, он создавал в тяжелейших материальных условиях.

Таким образом, в первом десятилетии XVII века Кеплер научно объяснил ряд оптических явлений (отражение, преломление), ввел понятие фокуса и дал глубокий анализ механизма зрения.

Преломлением света Кеплер занялся в связи с астрономическими проблемами. Он заметил, что если падающий луч образует с перпендикуляром угол не более чем 30°, то преломленный луч идет под углом, не превышающим 20°. Он заметил также следующее: когда свет проходит из среды более плотной в менее плотную, угол, на который отклоняется преломленный луч (по отношению к перпендикуляру), возрастает с увеличением угла падения до тех пор, пока не оказывается параллельным преломляющей поверхности.

Анастасиус Кирхер (1601–1680) на основании большого числа опытов составил таблицу углов падения и соответствующих им углов преломления, вплоть до одной минуты, используя в основном прозрачные жидкости и твердые тела. Описывал он также ход лучей из воздуха в воду, из воздуха в вино и из масла в стекло.

Правильный закон преломления был открыт Снеллиусом (1591–1626), профессором математики Лейденского университета. Но хотя после тщательных экспериментальных исследований он и открыл этот закон, при жизни Снеллиуса он опубликован не был и впервые стал известен в 1637 году благодаря Рене Декарту. С открытием закона Снеллиуса оптика стала неразрывной частью геометрии, что должно было бы привести к созданию совершенных телескопов. Однако действующие телескопы оставались с дефектами, в частности свет от звезд, проходя через них, окрашивался по краям – возникали ореолы вокруг наблюдаемых объектов.

Декарт не только, вслед за Кеплером, подробно исследовал строение глаза, но и уточнил формулировку закона преломления, получив этот закон чисто математически независимо от Снеллиуса. В практической оптике он усовершенствовал конструкцию микроскопа (осветительное зеркальце, конденсор), предложил методы центрирования и обработки асферических поверхностей.

Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом некоторые считали, что светящимся телом излучаются некие лучи. Эта точка зрения в XVII веке оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом.

Но было и другое мнение. Теория Аристотеля считала свет распространяющимся в пространстве (в среде) действием или движением. Это мнение Аристотеля мало кто разделял, но к середине XVII века накопились факты, которые толкали научную мысль за пределы геометрической оптики. Одним из первых подошел к теории волновой природы света чешский ученый Марци: в 1648 году он открыл явление дисперсии света.

Со временем образовалось две противоположные теории света: корпускулярная и волновая. Для развития корпускулярной была более благоприятная почва. Действительно, в рамках геометрической оптики представление о том, что свет есть поток особых частиц, было вполне естественным. Прямолинейное распространение света, а также законы отражения и преломления хорошо объяснялись с точки зрения этой теории. И общее представление о строении вещества также не вступало в противоречие с корпускулярной теорией.

Но в это же время начинает развиваться и представление о волновой природе света, и родоначальником этой теории можно считать Декарта.

Ф. М. Гримальди (1618–1663) заметил, что если на пути узкого пучка световых лучей поставить предмет, то на экране, поставленном сзади, не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое им явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить его правильно не сумел. Он понимал, что это явление противоречит закону прямолинейного распространения света, а вместе с тем и корпускулярной теории, но не решился полностью отказаться от нее. Гримальди приписал наблюдаемые им явления волновым колебаниям, подобным ряби на воде или звуковым колебаниям, причем различные цвета имели различную длину волн, подобно музыкальным звукам.

К 1642 году – году смерти Галилея и рождения Ньютона, классическая картина мира была разрушена, и вскоре ее место заняли начальные положения новой. Ньютон разработал фундаментальные концепции новой картины мира, позже названной классической. Не менее значительны были и его открытия в оптике. Уже в 26-летнем возрасте он стал преемником своего учителя Барроу в качестве профессора кафедры математики, и его первые лекции касались оптики. В них он изложил свои открытия и набросал корпускулярную теорию света, согласно которой свет представляет собой поток частиц, а не волны, как утверждали Гюйгенс и Гук.

Ньютон считал свет истечением неких световых частиц – корпускул разного размера, которые производят различные колебания в эфире, заполняющем всю Вселенную.

Другой теории света придерживался Гюйгенс. В 1690 году он издал «Трактат о свете». Гюйгенс выдвигал волновую теорию света, но, в отличие от Гримальди, он и его последователи полагали, что волны образует не сам свет, а светоносный эфир. Обе теории – корпускулярная и волновая – имели своих последователей.