Страницы истории науки и техники

Невозможно дать более ясный и убедительный ответ на возражения приверженцев Птолемея, чем основанный на простом опыте ответ Галилея. Говоря современным языком и используя современную научную терминологию, мы сказали бы, что Галилей установил независимость протекания механических явлений от избранных инерциальных систем отсчета. Хотя об этих вещах речь еще будет идти ниже, сделаем все же некоторые пояснения. Под системой отсчета понимается система тел (может быть, даже одно тело), относительно которых (которого) рассматривается движение. Система считается инерциальной в том случае, когда в ней выполняется установленное Галилеем положение: если на тело не производится никакого воздействия (на тело не действует какая-либо сила, сказали бы теперь), оно либо находится в состоянии покоя, либо движется прямолинейно по горизонтальной плоскости с постоянной скоростью. Другими словами, система считается инерциальной в том случае, когда тело свободно от взаимодействия с другими телами. Таких систем на самом деле не существует (всегда на тело действуют какие-либо силы), но можно их себе представить и к ним приблизиться.

Прямолинейное и равномерное движение тела по горизонтальной плоскости без воздействия на него каких-либо внешних сил называется движением по инерции[110]. Отсюда произошло название инерциальных систем; Галилей установил: хотя положение движущегося тела (его координаты), его скорость, характер траектории[111] движения зависят от выбора инерциальной системы отсчета (например, неподвижный корабль, т. е. Земля, или корабль, движущийся в отношении Земли прямолинейно и равномерно), законы механики, протекание механических явлений не зависят от того, в какой именно инерциальной системе отсчета рассматривается изучаемое механическое движение.

Другими словами, механические явления, как уже было сказано, протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Это положение названо принципом относительности Галилея. Его никак нельзя путать с теорией относительности Эйнштейна, о которой речь пойдет ниже. Говоря современным научным языком, можно сформулировать принцип относительности Галилея так: законы механики инвариантны[112] в отношении выбора инерциальной системы отсчета.

Галилей в «Диалоге» показал, что утверждения сторонников Птолемея о якобы невозможности суточного вращения Земли вокруг своей оси и движения ее по орбите вокруг Солнца являются неосновательными. Это явилось важнейшим доводом в пользу гелиоцентрической системы мира Коперника.

Интересно отметить еще одну аргументацию Галилея в пользу гелиоцентрической системы мира. Астрономические наблюдения за перемещением небесных тел, видимом с Земли, могут в принципе получить объяснение как с позиций гелиоцентрической системы мира и суточного вращения Земли вокруг своей оси, так и с позиций геоцентрической системы мира, согласно которой все небесные тела обращаются вокруг неподвижной Земли. В первом случае, приняв за основу гелиоцентрическую систему мира, объяснение астрономических наблюдений за перемещением небесных тел получается относительно простым — все планеты Солнечной системы (включая Землю)’ обращаются вокруг Солнца по близким к круговым (как думало большинство сторонников гелиоцентрической системы во времена Галилея) орбитам. Во втором случае, т. е. приняв геоцентрическую систему мира, объяснение наблюдаемого с Земли движения небесных тел получается очень искусственным: траектории небесных тел оказались бы невероятно сложными, а скорости должны были бы изменяться от фантастически больших до очень малых.

Вот что пишет Галилей по поводу суточного вращения Земли вокруг своей оси.

«Салвиати. Если мы примем во внимание огромный объем звездной сферы по сравнению с ничтожностью земного шара, содержащегося в ней много и много миллионов раз, а затем подумаем о скорости движения, которое за день и ночь должно проделать полное обращение, то я не могу убедить себя, что может найтись кто-либо, считающий более правильным и вероятным, что такое обращение проделывает звездная сфера, тогда как земной шар остается неподвижным.

Сагредо. Если решительно все явления природы, могущие стоять в зависимости от таких движений, порождают как в одном, так и в другом случае без всякого различия одни и те же следствия, то я сразу признал бы того, кто считает более правильным заставить двигаться всю Вселенную, лишь бы сохранить неподвижность Земли, еще более неразумным, чем того человека, который взобравшись на вершину купола вашей виллы, чтобы посмотреть на город и его окрестности, потребовал, чтобы вокруг него вращалась вся местность и ему не пришлось трудиться, поворачивая голову»[113].

Выше уже было сказано об открытиях Галилея в области механики, благодаря которым он (вместе с Ньютоном) справедливо считается основоположником современной науки. Сверх того, о чем уже было упомянуто, необходимо назвать некоторые другие важные достижения Галилея.