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.
Никакие механические опыты внутри каюты не помогут определить, движется ли корабль или покоится. Как уже говорилось, в наше время постоянных переездов и перелетов мы давно к этому привыкли. Для нас ясно, что утверждение, например, «чашка покоится» бессмысленно, если не будет указано, по отношению к чему чашка покоится. В летящем самолете чашка может стоять на нашем столике и покоиться по отношению к нам, но вместе с нами и с самолетом стремительно двигаться относительно Земли. Мы можем не спеша идти по салону самолета и в то же время с большой скоростью передвигаться по отношению к Земле. Всякий покой и движение тела, его скорость относительны, имеют смысл только когда указано, по отношению к какой «лаборатории» эти понятия употребляются.
Это открытие Г. Галилея — открытие того, что все происходит совершенно одинаково независимо от равномерного движения «лаборатории», в которой проводятся наблюдения, — и явилось научным аргументом против утверждения сторонников неподвижности Земли во Вселенной. Следуя Н. Копернику, Г. Галилей утверждал: «Положим в основу нашего познания то, что, каково бы ни было движение Земли, для нас, обитателей ее, оно незаметно, пока мы судим о нем по земным вещам».
Г. Галилей был страстным пропагандистом учения Коперника, в истинность которого он непоколебимо верил. Открытия в физике и астрономии сделали его самым знаменитым ученым в Европе. Поначалу католическая церковь старалась осторожными увещеваниями склонить его на ту точку зрения, что учение Коперника только удобная для вычисления гипотеза (как утверждал Оспандер в предисловии к книге Н. Коперника). Кардинал Беллормино писал стороннику коперниковского учения патеру Факарини: «Мне кажется, что Вы и сеньор Галилео поступили бы осторожно, если бы удовлетворились высказываниями suppositione (предположительно), но не абсолютно; так говорил, как я всегда думал, и Коперник. Действительно, когда утверждают, что в предположении, будто Земля движется и Солнце стоит неподвижно, все наблюдаемые явления спасаются лучше, чем при задании эпициклов и эксцентров, то это прекрасно сказано и не заключает в себе никакой опасности; а этого и достаточно для математики; но когда начинают говорить, что Солнце действительно стоит в центре мира и что оно только вращается вокруг самого себя, но не движется с востока на запад, и что Земля находится на третьем небе (третья по порядку планета от Солнца) и с большой скоростью вращается вокруг Солнца, то это вещь очень опасная и не только потому, что она раздражает всех философов и ученых-богословов, но и потому, что она вредит Св. вере, поскольку из нее вытекает ложность Св. писания».
Как замечает советский физик В. Гинзбург, милостивое разрешение «спасать» явления и заниматься математикой, но не касаться реальности, существа дела, вызывало бешенство у Г. Галилея. В послании герцогине Лотарингской он пишет: «Профессора-богословы не должны присваивать себе права регулировать своими декретами такие профессии, которые не подлежат их ведению, ибо нельзя навязывать естествоиспытателю мнения о явлениях природы… Мы проповедуем новое учение не для того, чтобы посеять смуту в умах, а для того, чтобы их просветить; не для того, чтобы разрушить науку, а чтобы ее прочно обосновать. Наши же противники называют ложным и еретическим все то, чего они не могут опровергнуть. Эти ханжи делают себе щит из лицемерного религиозного рвения и унижают Священное писание, пользуясь им как орудием для достижения своих личных целей… Предписывать самим профессорам астрономии, чтобы они своими силами искали защиты против их собственных наблюдений и выводов, как если бы все это были один обман и софистика, означало бы предъявлять к ним требования более чем невыполнимые; это было бы все равно, что приказывать им не видеть того, что они видят, не понимать того, что им понятно, и из их исследований выводить как раз обратное тому, что для них очевидно». «Замечательные слова, звучащие вполне современно», — добавляет В. Гинзбург.
Нам остается подчеркнуть, что далеко не всякое движение «лаборатории» незаметно для находящихся в ней людей и предметов. Так, если резко трогается автомобиль или он круто поворачивает на вираже, то мы явственно это ощущаем. Необнаружимы только равномерные и прямолинейные движения. Такие движения «лабораторий» или тел, которые происходят по инерции без действия каких-либо сил, или же когда все силы и «толкающие», и «тормозящие» или отклоняющие от прямолинейного движения точно уравновешивают друг друга, такие движения называют инерциальными, а «лаборатории» — инерциальными «лабораториями».
Конечно, в природе инерциальные «лаборатории» могут осуществляться только с той или иной степенью приближенности. Корабль, подверженный легкой качке волн, очевидно, не «идеальная инерциальная лаборатория». Покачивание корабля можно обнаружить. Но чем меньше всякого рода ускорения или чем плавнее повороты, тем ближе свойства такой «лаборатории» к инерциальным. Сама поверхность Земли тоже «инерциальная лаборатория» только приближенно. Мы знаем, например, что она участвует в круговом движении вокруг оси вращения.
Специально поставленные опыты могут это обнаружить. Читатель, возможно, видел или, по крайней мере, читал о маятнике Фуко. Большой маятник в виде груза на длинном подвесе в высоком помещении, колеблясь, стремится сохранить плоскость своего колебания неизменной по отношению к звездам. Поверхность Земли вместе со зданиями поворачивается в суточном вращении, и мы видим, что направление колебания маятника меняется по отношению к стенам здания. Такие опыты впервые были проделаны французским физиком Ж. Фуко много лет спустя после Г. Галилея, в 1851 году, с маятником в Понтеоне.
Но вернемся в XVII век. Истинное знание прокладывало себе дорогу в страстной схватке с укоренившимися догмами, с глубокими объективными трудностями, которые всегда воздвигает Природа перед человеческим познанием, и, наконец, с социальными сплетениями жизненных интересов многих людей.
Уже после знаменитого судебного процесса, сделавшего Г. Галилея в 1633 году «узником инквизиции», он издал книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук…». В этой книге, излагающей основы динамики, он писал: «Настоящим сочинением мы лишь открываем двери к этим двум новым наукам, изобилующим приложениями, которые в будущем будут неизмеримо больше приумножены пытливыми умами… одна из наук касается предмета вечного, имеющего первенствующее значение в природе».
Через год после смерти Г. Галилея родился гениальный ученый Исаак Ньютон (1642–1727). Своими трудами он завершил создание классической физики и первой физической уже в нашем понимании теории времени.
В отличие от биографий ученых древности жизнь И. Ньютона известна довольно хорошо. На первый взгляд она внешне удивительно бедна событиями. Начиная рассказ об И. Ньютоне, Б. Кузнецов замечает: «Не было семьи, не было путешествий, не было каких-либо крупных перемен в жизни, почти не было друзей, почти не было широкой общественной деятельности. Такая жизнь на первый взгляд контрастирует с невероятной насыщенностью творческого пути мыслителя, с подлинными трагедиями познания. Но в действительности между тем и другим имеется глубокое соответствие».
И. Ньютон родился в деревне Вулсторп, недалеко от восточного побережья Англии, в семье фермера. Отец его умер еще до рождения сына. Мальчик учился в королевской школе в маленьком городке Грантем, вблизи которого находилась деревня Вулсторп, а в 1661 году в возрасте девятнадцати лет поступил в Кембриджский университет. Уже в этом возрасте Исаака отличала педантичность, стремление к систематизации и порядку. Он начинал как бедный студент Тринити-колледжа Кембриджского университета — одного из самых знаменитых в Англии. И. Ньютон закончил университет через три года и быстро превратился в мыслителя с гениальными идеями. В 1669 году он занял должность «люкасовского профессора». Эта кафедра, основанная на пожертвования Генри Люкаса в 1663 году, и до сих пор остается одной из самых знаменитых физических кафедр в мире.