История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи - Иван Рожанский

Другой пример: группа рабов тащит какую-то тяжесть, например большую глыбу мрамора. При увеличении числа рабов, тянущих глыбу, скорость ее движения будет возрастать, при уменьшении — замедляться. Но строгой пропорциональности здесь не будет: так, один раб при максимальном напряжении своих сил не сможет сдвинуть глыбу ни на один дюйм, сколько бы времени он ни потратил на это.

Аристотель хорошо видел эти трудности и пытался преодолеть их с помощью более или менее искусственных предположений. В частности, имея в виду случаи, подобные второму из приведенных примеров, он указывает, что закон пропорциональности силы и скорости справедлив лишь при достаточно больших силах. Возможно, пишет сам Аристотель, что «если целая сила произвела определенное движение, половина ее не произведет такого движения в какое бы то ни было время»[415]. Почему так происходит — Аристотель не указывает: во всяком случае, ему не приходит в голову сослаться на трение, хотя именно сила трения играет в подобных примерах основную роль.

Принципиально более важен пример с летящей стрелой. То, что стрела, оторвавшись от тетивы, продолжает лететь вперед, объясняется Аристотелем как действие промежуточной среды, в данном случае — воздуха. Процитируем самого Аристотеля. «Необходимо все-таки предположить, что первое движущее [в нашем примере — тетива] сообщает воздуху (или воде, или чему-нибудь другому, что способно двигать и быть движимым) способность передавать движение, но что воздух не одновременно перестает быть движущим и движимым: быть движимым [он перестает быть] в тот момент, когда двигатель перестает двигать, но двигателем он [воздух] еще продолжает быть и поэтому может двигать что-то другое. И по отношению к этому другому справедливо то же рассуждение»[416].

Таким образом, передача движения от одного промежуточного агента к следующему может происходить не одновременно, но с запаздыванием. Это очень важное заявление: здесь Аристотель отходит от буквального следования принципу близкодействия (предполагающему, строго говоря, одновременность передачи движения через все промежуточные инстанции) и, по существу, допускает наличие некоего интервала времени, в течение которого промежуточный агент сохраняет способность оказывать воздействие, хотя сам он уже не испытывает никакого воздействия со стороны предыдущего агента. В этом допущении уже содержится зародыш идеи движущей силы или «импетуса», развитой учеными последующих веков.

Наряду с этими принципиальными указаниями Аристотель предлагает вполне конкретный механизм действия промежуточного агента. Так, при полете брошенного тела воздух разрезается этим телом, обтекает его со всех сторон и начинает толкать его сзади, тем самым обеспечивая преемственность движущих агентов. То же самое может происходить при движении тела в воде или в любой другой непрерывной среде. Этот механизм Аристотель обозначил трудно переводимым термином άντιπερίστασις[417]. Комментаторы Аристотеля пытались впоследствии разобраться в действии этого механизма и неизменно приходили к выводу, что промежуточная среда (воздух) оказывается на некоторое время самодвижущей, как бы накопившей некую движущую силу, которая потом постепенно расходуется. Наиболее четко эта мысль выражена у Симпликия, который, кроме того, ставит вопрос: а нужно ли вообще прибегать к воздуху и не следует ли принять, что летящее тело получает способность двигаться и двигать непосредственно от первичного агента, сообщившего ему скорость[418]. Но на этом Симпликий останавливается и в конце концов возвращается к ортодоксальной аристотелевской аргументации о промежуточном действии воздуха.

Между тем тот же Симпликий сообщает, что за 700 лет до него Гиппарх сформулировал концепцию движущей силы, которую можно было считать единственной разумной альтернативой аристотелевской теории движения, основанной на принципе близкодействия. Поскольку оригинальный текст Гиппарха до нас не дошел, мы просто процитируем то место из комментариев Симпликия к аристотелевскому трактату «О небе», где он излагает эту концепцию. Там говорится, правда, только о вертикальном движении, но сути дела это не меняет.

«В своей книге „О телах, движущихся вниз под действием их тяжести“ Гиппарх пишет, что если бросить кусок земли прямо вверх, причиной движения вверх будет бросившая сила (δύναμις), пока она превосходит тяжесть брошенного тела; при этом, чем больше бросившая сила, тем быстрее предмет движется вверх. Затем, по мере уменьшения силы, движение вверх будет происходить со все убывающей скоростью, пока, наконец, тело не начнет двигаться вниз под влиянием собственного естественного влечения (ροπή) — хотя в какой-то степени бросившая сила еще будет в нем присутствовать; по мере того, как она иссякает, тело будет двигаться вниз все быстрее и быстрее, достигнув своей максимальной скорости, когда эта сила окончательно исчезнет»[419].

При чтении этого текста сразу же напрашивается естественное возражение: а как быть с тем случаем, когда тело не брошено вверх, а просто падает с некоторой высоты? Откуда берется у него тогда ускорение? Однако Гиппарх предусмотрел и этот случай, что видно из продолжения текста Симпликия: «Он приписывает ту же причину и телам, падающим с высоты. Λ именно в этих телах также имеется сила, которая удерживала их на высоте, и действием этой силы объясняется более медленное движение тела в начале его падения»[420].

«Бросившая сила» Гиппарха — это прямое предвосхищение идеи импетуса, поэтому именно Гиппарха следует считать родоначальником этой идеи. Весьма интересна также его мысль о том, что «бросившая сила» присутствует не только в телах, брошенных вверх, но вообще во всех телах земной природы, находящихся на некоторой высоте. В нашем сознании невольно возникает понятие потенциальной энергии. Действительно, величина этой силы не зависит от того, каким образом тело очутилось на данной высоте: уже сам факт, что тело находится на некотором расстоянии от его естественного места (т. е. от центра космоса), обусловливает присутствие в нем этой силы. Однако в отличие от потенциальной энергии в современном понимании сила Гиппарха имеет векториальный характер, ибо она направлена всегда вверх. По тем или иным причинам эта оригинальная мысль Гиппарха не получила дальнейшего развития.

Нам неизвестно, был ли знаком Филопон с сочинением Гиппарха и если да, то оказало ли оно на него какое-либо влияние. Бесспорной заслугой Филопона было, во всяком случае, то, что он дал развернутую критику механического учения Аристотеля и уже на основе этой критики сформулировал свою концепцию «кинетической силы». На фоне господства аристотелианской натурфилософии критика Филопона была первой важной вехой в подготовке нового научного миропонимания.

Критически анализируя аристотелевскую теорию насильственного движения, Филопон детально рассмотрел два возможных (в рамках этой теории) механизма воздействия воздуха на движение летящего тела. Мы не будем повторять весь ход рассуждений Филопона и укажем только некоторые из его аргументов.

Первый механизм, это уже упоминавшийся выше механизм обратного кругового давления («антиперистасис»), согласно которому воздух рассекается летящим телом, обтекает его с боков и начинает толкать его сзади[421]. Филопон убедительно доказывает полную нелогичность допущения, что воздух, движущийся в направлении, противоположном движению тела, вдруг изменяет направление своего движения и начинает толкать тело сзади. Столь же необоснованно предположение, что этот воздух не сам толкает движущееся тело, а использует в качестве промежуточного агента воздух, уже находившийся за телом.

Второй механизм, на первый взгляд более приемлемый, предполагает, что непосредственно вслед за тем, как тело (например, стрела) отделилось от движущего агента (тетивы), этот последний приводит в быстрое движение воздух, находившийся за телом. Этот воздух и является промежуточным агентом, поддерживающим движение тела. Филопон доказывает, что такое предположение не подтверждается фактами реальной действительности. Если мы положим тело (будь это стрела или камень) на тонкий стержень или даже нитку и попытаемся с помощью какого угодно числа машин создать поток воздуха, который будет дуть в направлении предполагаемого движения тела, все равно под воздействием этого ветра тело не продвинется ни на один фут. А когда мы стреляем из лука или швыряем камень, ничего даже приблизительно похожего на такой ветер не создается; между тем и стрела и камень улетают далеко вперед.

«Из этих, а также из многих других соображений, — заключает Филопон, — можно убедиться в полной несостоятельности объяснения насильственного движения указанным путем (т. е. действием промежуточной среды). По-видимому, необходимо допустить, что бросающий агент сообщает брошенному телу некую нематериальную движущую силу и что воздух, приводимый при этом в движение, добавляет к движению брошенного тела либо очень мало, либо вообще ничего не добавляет. И вот если насильственное движение производится так, как я предположил, то становится совершенно очевидным, что, когда стреле или камню сообщается некоторое „противоестественное“ или насильственное движение, то же самое движение может быть сообщено гораздо легче в пустоте, чем в заполненной среде. И при этом не потребуется никакого иного агента, кроме бросившей силы…»[422].