Читать книгу Моделирование реальности: история науки, техники и цивилизации - Светлана Львовна Бутина-Шабаль - Страница 16

В XIV веке Николай Орем создает новый метод математического моделирования реальности – метод координат: по горизонтальной оси откладывается время, по вертикальной оси – скорость. На этой схеме угол между касательной к кривой и горизонтальной осью соответствует ускорению. До этого не существовало теоретического понятия «ускорение», оно могло лишь связываться с образом ускоряющегося тела. В системе координат ускорение оторвалось от материально-чувственного представления и стало «углом между…» – научной сущностью, которая получалась в результате определенного применения алгоритма и которая задала совершенно новый способ мышления, порывающий с принципом «мир таков, каким я его вижу» (выводом из повседневности). Физические явления, будучи свойствами тел или формами их существования, оторвались от тел и стали существовать сами по себе, переместившись из телесно ориентированного образа в математический объект, абстракцию, или научную сущность. Научная сущность представляла собой мельчайший, ибо далее неделимый атом, но уже не вещества, а динамического взаимоотношения, взаимодействия объектов. За научными сущностями (математическими объектами) была признана объективная реальность, которую во всей полноте стремится открыть научное исследование. В период первой научной революции ученые исходят из исключительной важности измерений, расчетов и математических преобразований. Галилей вводит в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений и утверждает: «Книга природы написана языком математики».

Принцип «мир таков, каким я его вижу» оказался дискредитированным. Появилась убежденность, что подлинный мир таков, каким его схватывает математика, каким он предстает в форме научных сущностей. Птолемей, конструируя теоретические представления о движении планет, признавал тождество кажущихся (чувственных) и истинных (математически смоделированных) движений небесных тел, подгоняя инструментальные математические модели: деференты, эпициклы, размеры и наклоны кругов вращения планет, – для согласования с наблюдаемым положением. Коперник, именем которого названа первая научная революция, исходил из принципиально иного: необходимо различать кажущиеся и истинные движения. А поскольку физика в аристотелианской системе была единой с космологией, заменить можно было только все сразу. И преодоление старой системы мышления произошло как преодоление геоцентризма в трактате Николая Коперника «De revolutionibus»¹⁴ , противопоставленном «Альмагесту» Птолемея.

В этот момент казавшиеся ранее допустимыми неточности прогнозов и расхождения расчетов с наблюдениями оказались критическими. «Хотя Клавдий Птолемей Александрийский, стоящий впереди других по своему удивительному хитроумию и тщательности … завершил создание этой науки почти до такой степени, что, кажется, ничего не осталось, чего он не достиг бы, – писал Коперник во вступлении к «De revolutionibus», – мы все-таки видим, что многое не согласуется с тем, что должно было бы вытекать из его положений».

Коперниканская революция

Идейным предшественником Коперника был Кузанский (Николай Кребс), который сформулировал новый – не из разряда очевидности – космологический принцип «любая точка во Вселенной одинаково удалена от бога» – исторически первый для физики принцип относительности и симметрии Вселенной. Этот принцип существует как аксиома Кузанского, утверждающая, что каждая точка Космоса может рассматриваться как центр бесконечно большой сферы, из которой следует, что все точки и направления во Вселенной принципиально равноправны и каждое тело, будучи неисчерпаемым, отражает всю Вселенную. Аксиома Кузанского являлась полным отрицанием качественного различия между земной и небесной физикой. По сути, Кузанский ввел представление об однородном и изотропном евклидовом пространстве математики в физику. Коперник применил принцип равноценности всех точек и направлений в пространстве для формирования новой картины мира.

Загадочные закономерности движения планет, их петлеобразные, прямые и попятные траектории, уловленные Птолемеем в громоздкую многоярусную систему деферентов, эпициклов и подогнанных углов наклонов орбит, стали объясняться лишь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была составлена правильная схема Солнечной системы, и впервые были установлены верные соотношения между расстояниями планет до Солнца. За единицу Коперник принял расстояние от Солнца до Земли – так называемую астрономическую единицу, что позволило схематизированное представление о планетах трансформировать в модель Солнечной системы, где относительные расстояния планет от Солнца почти совпали с современными значениями.

Коперниканская революция в естествознании заключалась в фундаментальном изменении картины мира, которое началось с прорыва за рамки естественной для человека видимости, с отделения точки умозрения от точки физического зрения, отчего Земля потеряла преимущество центра мира. Божественный надлунный мир перестал существовать как недосягаемый и качественно отличный от мира подлунного. Космос оказался качественно однородным пространством, где всякая точка равно удалена от бога и где, как это выяснилось несколько позже, нет ничего идеального, в том числе и аристотелевских круговых и равномерных движений звезд. Католическая церковь стала бороться против «противоречащего священному писанию» учения, дабы оно не распространялось, нанося ущерб католической истине. И сам Коперник, будучи религиозным человеком и каноником, переживал глубокий психологический кризис.

Смена глобального представления о мире началась с допущения иного, немыслимого из опыта или традиционного миротолкования, что церковь всегда предусмотрительно запрещала как еретическое. Допущение иного осуществилось как моделирование иных возможных планетных движений, после чего коперниканская революция привела к полной смене физической картины мира, переориентировала все естествознание, которое получило новые основы физики и механики. Однако новая модель мира требовала для своего подтверждения качественно иной практики, выходящей за рамки обыденного опыта и пассивного наблюдения, и на эту потребность ответила целенаправленная программная экспериментальная деятельность.

Основы экспериментальной физики были заложены Галилео Галилеем. Исследовательским принципом Галилея стало творческое сомнение, поэтому получение нового научного знания осуществлялось путем проведения экспериментов и последующего обобщения их результатов с помощью математики, ибо «книга природы написана языком математики». Суть его («индуктивного») метода заключалась в том, чтобы сначала наблюдать и анализировать много частных явлений, затем постепенно приближать эти явления к идеальным условиям, в которых законы Природы могли бы проявиться в чистом виде. Такое научное экспериментирование позволило установить первые универсальные (справедливые как для земных, так и для небесных тел) законы (закон инерции и закон свободного падения), сформулированные математически.

Существовал и альтернативный метод, который практиковал, к примеру, другой пионер практической астрономии. Иоганн Кеплер исходил из математических образов гармонии и симметрии во вселенной и искал их подтверждение в фактическом материале. Его предшественник Тихо Браге шестнадцать лет без перерыва наблюдал положения Марса среди других звезд, и Кеплер, получивший в наследство научные труды Браге, которые содержали точные фиксации положений звезд и планет, сокращал бесконечные вычислительные операции путем угадывания принципиальных зависимостей. Шаг за шагом анализируя наблюдения Браге, Кеплер воссоздал пространственную орбиту Марса и определил ее форму. Последовательно перебирая геометрические фигуры, Кеплер заметил, что эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце, достаточно точно накладывается на орбиту Марса. По описанию Кеплера, это как бы заставило его проснуться и увидеть «новый свет». Далее, Кеплер проверил, совпадают ли с эллипсом орбиты других планет, откуда и родился Первый закон Кеплера: «Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце». Так эллипс заменил громоздкую систему деферентов и эпициклов. Имея в виду это открытие, говорили, что Кеплер «смел паутину с неба», поэтому он стал «законодателем неба».

Хотя появившаяся гелиоцентрическая модель Вселенной содержала в себе возможность бесконечности, где не может быть центра, ибо всякая точка равноудалена от бога, она еще включала в себя элемент, доставшийся в наследство от античности, – Хрустальную сферу звезд. Коперник в своих сочинениях не подвергал сомнению ее существование: его Вселенная была настолько большой, что была неизмеримой (immensum), но при этом оставалась заключенной внутри неподвижной Хрустальной сферы звезд. «Законодатель неба» Кеплер пытался определить расстояние до Хрустальной сферы звезд. Астрономия конца XVI – начала XVII века расположила неподвижную сферу звезд на расстоянии несколько меньшем половины реальной дистанции между Землей и Солнцем. По этому поводу Робер Ленобль пишет: «В центр Земли еще помещали достаточно единодушно ад, как во времена Вергилия и Данте. В Ирландии в большом почете оставалось чистилище святого Патрика. По ту сторону сферы звезд, то есть примерно на середине дистанции до того места, где мы помещаем Солнце, – после 1958 года досягаемого для ракет, – восседает в своем сиянии Бог в окружении ангелов и блаженных».

14

«De revolutionibus Orbitum Coelestium» («О вращениях небесных сфер»), опубликовано в 1543 году.