История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи

Вкратце напомним основные положения аристотелевской концепции механического движения. Эта концепция была основана на двух идеях: на идее естественных мест и движений и на идее близкодействия. С первой из этих идей были связаны аристотелевские представления о легкости и тяжести, со второй — закон о соотношении силы и скорости при насильственном движении. Рассмотрим последовательно оба этих комплекса вопросов.

Естественным движением (или движением по природе) Аристотель называл движение тел к их естественным местам. Так, естественным местом для земли является область, находящаяся непосредственно у центра космоса; именно поэтому земля и все тела, в которых земля преобладает, стремятся к центру космоса, т. е. падают вниз. Выше расположены, соответственно, естественные места воды, воздуха и огня. Тяжесть и легкость суть не свойства элементов самих по себе, а свойства, определяемые стремлением тел занять свои естественные места и, следовательно, их положением в пространстве. Тело, расположенное выше своего естественного места, стремится падать вниз, так как обладает тяжестью; тело, находящееся ниже своего естественного места, стремится подняться вверх и потому кажется легким. Земля не может находиться ниже центра космоса, поэтому она всегда падает вниз и в этом смысле является абсолютно тяжелым телом.

По аналогичным причинам огонь можно считать абсолютно легким телом, ибо выше периферии подлунного мира он подняться не может. Промежуточное положение занимают вода и воздух: в определенных условиях они оказываются легкими, в других же — тяжелыми. При этом то, что справедливо для чистых элементов, справедливо и для сложных тел, в которых соответствующие элементы преобладают.

Однако тяжесть (или соответственно легкость) тела, т. е. его стремление к естественному месту, зависит не только от его элементарного состава, но также от его массы, — иначе говоря, от количества содержащегося в нем вещества. Это проявляется в том, что большие и массивные тела падают вниз быстрее, чем небольшие и относительно менее тяжелые. Так, глыба металла падает быстрее, чем маленький комок земли, а этот последний быстрее, чем пушинка. Чем тяжелее тело, тем больше скорость его падения. Сам Аристотель формулирует эту закономерность следующим образом: «Если такая-то тяжесть проходит такое-то расстояние за такое-то время, то такая-то плюс еще [некоторая величина] — за меньшее, и пропорция, в которой относятся между собой времена, будет обратной к той, в которой относятся между собой тяжести. Например, если половинная тяжесть [проходит такое-то расстояние] за такое-то время, то целая — за его половину»[409]. Разумеется, все это справедливо и по отношению к скоростям поднятия легких тел.

Не будем поспешно обвинять Аристотеля в незнании закона падения тел, открытого впоследствии Галилеем. Для тел, падающих в материальной среде, действительно справедливо соотношение пропорциональности между весом тела и скоростью его падения. А ведь именно этот случай и имел в виду Аристотель: он принципиально отрицал возможность существования пустоты и вся его механика была теорией движения тел в материальной среде. При этом скорость падающего тела и плотность среды, в которой происходит падение, связаны соотношением обратной пропорциональности: чем плотнее среда, в которой падает тело, тем меньше его скорость. При плотности равной нулю (т. е. в пустоте) скорость падающего тела становится бесконечно большой. Это обстоятельство служило для Аристотеля одним из аргументов против существования пустоты.

При всем этом Аристотелю был известен факт ускорения; свободно падающих тел. Он объяснял этот факт увеличением веса тела по мере его приближения к своему естественному месту. Или, как разъяснял позднее Александр Афродисийский, «Аристотель приписывал это [увеличение скорости] тому обстоятельству, что, чем ближе подходит тело к собственному месту, тем чище становится приобретаемая им форма, а это означает, что тяжелое тело делается более тяжелым, а легкое — более легким»[410].