Западноевропейская наука в средние века: Общие принципы и учение о движении

Физическое тело приводилось поэтому в движение во всякий момент времени только одним двигателем; двигатель мог быть необязательно внешним, как, например, в случае метательного движения, интерпретируемого с позиций теории импетуса, — это не меняло дела: траектория брошенного тела представлялась в виде ломаной линии, состоящей из двух прямых: одной — горизонтальной или направленной под углом к горизонту, в зависимости от того, как был произведен первоначальный бросок, и другой — вертикальной, обозначающей падение тела под действием силы тяжести, после прекращения действия импетуса, заставлявшего тело двигаться в первом направлении. Чтобы две силы получили возможность одновременно воздействовать на одно физическое тело, необходимо было допустить, что движение, задаваемое одной силой, запечатлевается в нем, образуя с ним одно целое, так что в результате вместо тела появляется новый объект — «тело-в-движении»: именно на этот объект и будет воздействовать другая сила, порождая движение, определяемое суммарным воздействием двух сил. Аналогичное допущение требуется и для того, чтобы представить сложное движение состоящим из простых, а направление и скорость результирующего движения понять как равнодействующую направлений и скоростей простых.

Этот переход к новому понятию тела и совершает Галилей. Новизна его подхода к проблеме движения (вспомним его объяснение движения брошенного тела по параболе в «Беседах») состояла в том, что он впервые поставил вопрос: каким движением будет двигаться движущееся тело, если на него будет воздействовать какая-то дополнительная сила, скажем, сила тяжести? Сама постановка этого вопроса означала радикальный разрыв с аристотелевской традицией в исследовании движения, свидетельствовала об изменении самого предмета физического исследования.

Другим ключевым моментом, предопределившим концептуальный строй галилеевской физики, было введение векторных характеристик движения. В аристотелианской физике речь шла, как правило, только о двух видах движения: круговом и происходящем по вертикали (подъем и падение тел). Конечно, и Аристотель, и средневековые натурфилософы знали, что многообразие движений в природе не сводится к двум указанным. Но у них не было ни языка, на котором они могли бы говорить о других направлениях в движении тел, ни, и это главное, необходимости в понятийном освоении всего многообразия направлений, в которых могут двигаться природные тела. Даже когда средневековые авторы обсуждали проблемы метательного движения, где, казалось бы, естественно должен возникнуть вопрос о том, не изменяется ли движение тела в зависимости от направления, в котором его бросают, они либо вообще не уточняли, куда летит брошенное тело, либо ограничивались рассмотрением движения вертикально вверх.

Легко понять причину, почему именно это направление оказалось выделенным в теоретических исследованиях проблемы движения: эмпирически наблюдаемое падение тел наглядно демонстрировало существование вертикального направления, которого придерживались тела в условиях естественного движения. Никаких других примеров прямолинейно направленных движений опыт не дает. Чтобы стало осмысленным исследование прямолинейного движения тел под различными углами к горизонту, нужно было, во-первых, задать сами направления, причем не геометрически, а физически, т. е. заставить тела двигаться в этих направлениях, а, во-вторых, увидеть в реальных, как правило криволинейных, траекториях, описываемых движущимися телами, результат наложения друг на друга разнонаправленных прямолинейных движений. Сделать это удалось благодаря образу наклонных плоскостей, заимствованному Галилеем из статики. Именно этот образ сыграл решающую роль во введении векторных характеристик движения.

Представление о наклонной плоскости, принуждающей тело двигаться по определенной траектории, формировало понятие траектории движения, вело к созданию геометрии движения (аналитической геометрии), в которой путь движущегося тела изображается линией, чье положение в пространстве двух или трех измерений фиксировано с помощью соответствующей системы координат. Опыты Галилея с наклонными плоскостями, носившие по преимуществу характер мысленных экспериментов, стали поворотным пунктом в развитии учения о движении, потому что с ними физика обрела язык, на котором она отныне могла говорить не о движении тела или о причинах такового, а о «движущемся теле», сделать последнее своим предметом[94]. В ходе этих «опытов» как раз и происходило становление нового понятия физического тела. Перенесение образа тела, расположенного на наклонной плоскости, в динамику из статики, где традиционно учитывался вектор тяжести, не совпадающий с направлением самой плоскости, наглядно демонстрировало различие сил, одновременно действовавших на тело и определявших его движение.