Куда течет река времени

Г. Галилей сделал в науке много важных открытий, о которых читатель, без сомнения, знает. Но самым важным, безусловно, является его новый подход к естественным наукам, его убеждение, что для исследования природы в первую очередь необходимо ставить продуманные опыты. Только проверяя предположения экспериментом, только «задавая Природе вопросы», можно понять окружающий мир. В этом он резко расходился с Аристотелем, который считал возможным познание мира чисто логическим путем. Г. Галилей утверждал также, что поверхностные наблюдения без должного анализа могут приводить к ложным заключениям.

Все это вместе явилось началом современного научного метода исследования природы. «Наука, связывающая теорию и эксперимент, фактически началась с работ Галилея», — писал А. Эйнштейн.

Открытия Г. Галилея в физике основаны на многочисленных проведенных им опытах. Для нашего повествования особенно важным является его открытие инерции и инерциального движения.

В повседневной жизни наглядные наблюдения за движением тел веками убеждали людей в том, что если не поддерживать движения, не подталкивать, скажем, катящийся шар, то тело останавливается. Аристотель подытожил все эти наблюдения так: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие». Но мы знаем сегодня, что катящийся шар останавливается вовсе не потому, что на него не действует подталкивающая сила, а потому, что его тормозит сила трения, связанная с неровностями поверхности и с сопротивлением воздуха. Если делать поверхность все ровней и ровней и убрать сопротивление воздуха, то шар будет катиться все дальше. В пределе шар никогда не остановится. Таков был вывод Г. Галилея: «…движение по горизонтали является вечным, ибо если оно является равномерным, то оно ничем не ослабляется, не замедляется и не уничтожается».

Закон движения по инерции, открытый Г. Галилеем, лежит в основе принципа механической относительности.

Этот принцип означает, например, что независимо от того, стоит корабль или равномерно движется по спокойной воде, в каюте на корабле все процессы будут протекать совершенно одинаково. Мы можем ходить, бросать предметы, мухи могут свободно летать по каюте, и движение корабля на всем этом никак не сказывается. Вот что говорит по этому поводу один из действующих лиц в книге Г. Галилея «Диалоги о двух главнейших системах мира» Сальвиати: «Запритесь с кем-нибудь из друзей в кают-компании под палубой большого корабля, взяв с собой мух, бабочек и других небольших летающих животных. Возьмите и большой сосуд с водой, в котором плавают рыбы. Повесьте бутыль, из которой капля по капле вытекает вода в широкий сосуд внизу. Пока ваше судно стоит на месте, внимательно наблюдайте, как насекомые летают по помещению с одинаковыми скоростями во все стороны. Рыбы плавают как угодно, не предпочитая какого-либо особого направления. Капли падают в сосуд под бутылью.

Если же вы бросите что-нибудь вашему другу, то вы приложите одинаковое усилие, в каком бы направлении ни бросали, если расстояния одинаковы. Прыгая обеими ногами сразу, вы будете пролетать одинаковое расстояние в любом направлении. Тщательно пронаблюдав все это (хотя вы и не сомневались, что все будет происходить именно так, пока корабль стоит на месте), отдайте команду, чтобы корабль начал двигаться с любой скоростью, лишь бы его движение было равномерным и не подвергалось каким бы то ни было возмущениям. Ни в одном из указанных процессов вы не обнаружите ни малейших изменений и не сможете ни по одному из них узнать, движется корабль или стоит на месте. Прыгая, вы будете пролетать над полом те же расстояния, что и раньше, и ваши прыжки в сторону кормы не окажутся длиннее прыжков в сторону носа корабля, несмотря на то, что, пока вы находились в воздухе, пол под вами двигался в направлении, противоположном вашему. Для того чтобы перебросить какой-нибудь предмет вашему другу, вам не понадобится затратить большее усилие, если ваш друг стоит ближе к носу корабля, а не к корме, когда вы расположились против него. Капли будут продолжать падать в стоящий внизу сосуд, не отклоняясь к корме, хотя, пока они летят в воздухе, судно успевает передвинуться на несколько пядей. Рыбы будут плавать в воде в своем сосуде с одинаковой легкостью во все стороны и в равной мере хватать приманку, в какой бы угол сосуда мы ее ни поместили. Наконец, бабочки и мухи будут совершать полеты равно во всех направлениях, и вы никогда не обнаружите, что они скопились у кормы, как бы устав поспевать за ходом корабля, от которого они были отделены, находясь длительное время в воздухе».

Это удивительно яркое описание является одним из первых описаний принципа относительности движения. Заметим, что произведения Г. Галилея — это не только сокровища человеческой мысли, но и выдающиеся литературные произведения. Итальянские школьники изучают их именно как литературное наследие своей страны.