Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Демонстрации падения тел в вакууме с познавательной и развлекательной целью продолжали пользоваться популярностью и в XVIII столетии, когда новая физика, к созданию которой приложил руку Галилей, полностью вытеснила физику Аристотеля. К примеру, британский король Георг III пожелал, чтобы для него была устроена специальная демонстрация с падением перышка и золотой монеты внутри трубки, из которой предварительно был выкачан воздух. Один из свидетелей вспоминает:

«Мистер Миллер… рассказывал, что его попросили объяснить эксперимент с гинеей и пером в трубке насоса Георгу III. В ходе проведения эксперимента молодой оптик достал перо, а король предоставил гинею. В завершение король похвалил молодого человека за его мастерство экспериментатора, но гинею, со свойственной ему скаредностью, положил к себе обратно в жилетный карман»34.

Даже в ХХ веке некоторые ученые продолжали экспериментировать со свободно падающими телами с целью измерения точного времени падения при экспериментальной проверке уравнений для тел, движущихся с ускорением при сопротивлении среды. Один подобный эксперимент имел место совсем недавно, в 1960-е годы, на метеорологической башне Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде, и проводил его физик-теоретик Джеральд Фейнберг. Он писал:

«Основная причина обращения к вопросу, который представляется давно решенным, состоит в том, что результаты теоретических разработок вступают в противоречие с данными интуиции, по крайней мере интуиции тех, кто был воспитан на законах Галилея. Уравнения, используемые в течение столетий, все еще требуют определенных уточнений»35.

Эксперимент на Пизанской башне продолжает нас удивлять и поныне.

* * *

Опыт Галилея отвечает на вполне фундаментальный вопрос: как различные тела – от пушечного ядра до перышка – ведут себя под воздействием силы, которая так или иначе влияет на всех нас. Организация этого эксперимента предельно проста, для его проведения не нужно ни сложного оборудования, ни даже простых часов. И он не оставляет никаких вопросов, в результате мы переживаем тот особый вид удовольствия, который можно было бы назвать «ожидаемым удивлением». Хотя разумом мы понимаем истинность галилеевского представления о мире, интуитивно мы живем в аристотелевском мире. Если бы мы были обитателями Луны, где нет сопротивления воздуха, поведение тел, падающих в вакууме, было бы нам знакомо, ничего нового данный эксперимент нам бы не открыл. Однако повседневный опыт подталкивает нас к предположению, что предметы будут вести себя в соответствии с аристотелевской теорией, и часто мы не обманываемся в своих интуитивных ожиданиях. Тяжелые предметы гораздо сильнее, чем легкие, оттягивают наши руки вниз, по направлению к центру Земли, и мы делаем совершенно логичный вывод: они и падать должны гораздо быстрее, как если бы стремились «вернуться на землю».

Именно по этой причине нам до сих пор доставляет удовольствие зрелище разрушения привычной для нас «бытовой» картины мира – зрелище, которое повышает в наших собственных глазах значимость нашего рационального мышления и информации, полученной с его помощью. Это удовольствие напоминает игру Fort! Da! , описанную Фрейдом: ребенок прячет какой-то предмет, а затем снова его демонстрирует. Ребенку доставляет огромную радость сам факт все новой демонстрации предмета, несмотря на то, что он прекрасно знает, что предмет никуда не исчезал, а все время был где-то рядом.

До недавнего времени с экспериментами Галилея с падающими телами было связано несколько загадок. Одна из них восходит к его странному наблюдению, приведенному в трактате «О движении», что менее плотное тело при падении вначале опережает более плотное тело, которое затем нагоняет его. В 1980-е годы историк науки Томас Сеттл повторил эксперименты Галилея с участием психолога и, к своему изумлению, обнаружил то же, на что в свое время обратил внимание Галилей. Дальнейшие исследования пролили свет на эту загадку: от удерживания более тяжелого предмета рука больше устает, что заставляет экспериментатора отпускать предмет медленнее, хотя сам он убежден, что бросает оба предмета одновременно36.