Физика Западной Европы
В XI веке и Европа, наконец, начала проявлять склонность к занятиям науками. Вся ученость была здесь в руках церкви, поскольку издревле, как и везде, знаниями традиционно владели жрецы. Усложнение структуры общества, появление прослойки грамотных, склонных к размышлениям людей привели в конце концов к столь настоятельной потребности научного истолкования церковного учения, что знаменитый епископ Ансельм Кентерберийский (1033–1109) выразил, наконец, это общее стремление формулой: Credo ut intelligam, - верю, чтобы понимать.
Простой веры в догматы было уже недостаточно. Требовалось убеждение в их истинности, их нужно было доказать. А для доказательства требуется, между прочим, строгая логика, а для защиты положений, подвергающихся нападкам, ловкая диалектика. То и другое можно было найти только у эллинских философов, и потому христианская теология устремилась к памятникам классической образованности, дабы установить догматы на рациональной почве. Однако наука в руках религии и должна была слуэить интересам религии, неизменно признавая веру нормой познания, а церковное учение - критерием всякого исследования.
Ансельм говорит так:
«Истинно ли то, во что вселенская церковь верует сердцем и что исповедует устами, не должен подвергать сомнению ни один христианин. Но, веря непоколебимо, любя свою веру и живя согласно с нею, пусть каждый ищет в смирении основания для своей истины. Если он будет в состоянии постичь их, то пусть возблагодарит Бога; если же нет, то да не восстанет он против истины, а преклонив главу, да благоговеет».
Философия не должна учить ничему, чему не учит в то же время церковь, но она должна доказывать истину церковного учения свойственным ей способом, то есть независимо от всякого опыта.
Ансельм рассказывает, что братия просила его изложить письменно мысли, которыми он делился с ними устно.
«Они просили меня не заимствовать никаких решительных аргументов из Писания, но следовать обыкновенным и всем понятным приемам доказательства, соблюдая правила обыкновенных прений».
Ограниченная таким образом философия, известная под именем схоластики, господствовала в различных видоизменениях в течение всего средневекового периода. Лишь позже произошло отделение знания от веры, и еще позже знание получило свою независимость.
А сначала богословы усмотрели в начинающемся развитии независимой светской науки ересь. Уже Бернар Клервосский (1091–1153) признает всякое стремление к знанию ради знания языческим и ценит знание, лишь насколько оно служит для христианского назидания. Затем последовали уже упомянутые запреты аристотелизма на Парижском соборе и на Латеранском соборе при Иннокентии III. Однако вскоре церковь примирилась с греческим мудрецом, и встроила его учение в свою систему догматов. А поскольку отныне схоластика смотрела на физику как на побочное занятие, то уже по этому одному нельзя было ожидать, чтобы она двинула ее вперед.
Первым схоластикам были известны лишь немногие сочинения древних писателей; историки науки считают, что со всеми сочинениями Аристотеля европейцы познакомились только в XIII веке через посредство арабов. И с этого же времени начинается резкое и внезапное видоизменение и расширение философии. Но если мы вспомним, что с начала XIII века произошел захват Византии, и первая волна греческих эмигрантов появилась в Европе, то поймем, что именно в этом разгадка внезапного скачка учености в Европе.
Знакомство с византийской наукой открыли перед схоластиками путь к изучению природы и до известной степени поколебали исключительное господство религиозного элемента в философии. Произошло то же, что и с арабами при их знакомстве с византийской наукой - преклонение перед Аристотелем. Схоластики должны были признать естествознание, и оно вступило в умственный кругозор западных ученых.
Но философия, как и математика, имеет склонность только формально обрабатывать имеющийся материал. Неудивительно, что средневековая философия, не опиравшаяся ни на какое опытное знание, продолжала без устали пережевывать материал, доставленный ей Аристотелем. Она стала считать, что мир подчиняется Аристотелю, а не наоборот. Известна забавная история, - достаточно долго полагали, что муха имеет восемь ног, а не шесть, потому что так сказал Аристотель. А посчитать самим даже и не приходило в голову. Вот пример победы идеологии над знанием.
Аристотеля продолжали считать непогрешимым до кануна возникновения науки Нового времени, и наказывали за неуважение к нему. Простой пример: в последних годах XVI столетия профессор Падуанского университета Кремонини получал за лекции о естественнонаучных сочинениях Аристотеля 2000 гульденов в год. А Галилей, изгнанный аристотелианцами из Пизы, читал в том же университете лекции по математике за вознаграждение, равное заработку уборщика мусора.
Величайший из схоластиков, Фома Аквинский (1226–1274), doctor angelicus, канонизированный в 1323 году, не настаивает на доказательности всех церковных догматов. Он отличает естественное богословие от откровения и тем самым отделяет до известной степени знание от веры. Фома Аквинский отверг неизменность субстанциальных форм и таким образом свел их к простым модусам, или качествам, и с нашей современной точки зрения это был большой прогресс. К сожалению, теория Фомы Аквинского отличается больше глубиной мысли, чем ясностью изложения; кроме того, автором не сделаны из нее все логические выводы.
Столь же знаменитый Альберт Великий (ок. 1193–1280), doctor universalis, при рассуждении о сотворении мира отвергает положение: «из ничего не возникает ничего» для богословия, но для физики считает его основным правилом. По этим уловкам можно уже видеть, что философия начала поднимать голову, а ее представители протаскивают идеи, не одобряемым богословием.
Иоанн Бресканский в 1247 году, оправдываясь в своих «заблуждениях», замечает, что положения, признанные епископом еретическими, были высказаны им в философском, а не в теологическом смысле. Епископ, разумеется, не удовлетворился этим объяснением, и впоследствии многие ученые подверглись карам за философские толкования богословских текстов.
Итак, в XIII веке философы оставались богословами, и в то же время постоянно прибегали к окольным путям, чтобы открыть для философии большую свободу развития, но еще не были физиками в научном смысле слова. Рассмотрим их деятельность подробнее.
Фома Аквинский придавал опыту большое значение, как видно из того, что он не считает онтологическое доказательство Ансельма непреложным и ставит на его место космологическое, согласно которому в бытии Бога, как творца, можно убедиться, так сказать, опытным путем, из факта существования Вселенной. Ошибочно было бы, впрочем, заключить из приведенного примера, что Фома Аквинский во всех случаях руководился опытом. В его главном сочинении «Summa Theologiae» встречается только одна глава, посвященная вопросам физики, которая вдобавок вполне согласна с аристотелевским учением. Зато он близко знаком с миром ангелов и выдает за верное, что звезды приводятся в движение не физическими, а духовными силами, по всей видимости, - ангелами.
Последний из великих схоластиков, Вильгельм Оккам (1270–1347), отвергал реальное существование общих понятий, признавая его лишь для отдельных предметов. Так как эти последние открываются только наблюдению и оно одно способно решить, существуют ли предметы или нет, то уже первым положением Оккама опыт признается единственной основой познания; а схоластика, безоговорочно считавшая свои общие понятия чем-то реально существующим и непреложным, рушится сама собой. Впрочем, Оккам не довел своего учения до конца. Его нельзя назвать опытным философом; он скорее упрямый казуист, не уступавшим ни в чем старым схоластам. Церковь угадала опасность эмпиризма, скрытого в философии Оккама, предала его проклятию и уничтожила его сочинения.
Граф Альбрехт Больштедтский, известный как Альберт Великий, собственно, был не только ученым богословом, но также - и притом с большим правом, чем многие из прославленных схоластиков - знаменитым физиком, химиком и математиком. Он изучил диалектику в Париже, математику и медицину в Падуе, метафизику в нескольких местах и, наконец, вступив в 1223 году в доминиканский орден, слушал еще и богословские лекции в Болонье. С 1229 года он сам преподавал в Кельне и Париже. Затем занимал высокие церковные должности, а в старости, сложив с себя добровольно звание епископа Регенсбургского, снова занял прежнюю кафедру в Кельне, где и умер в престарелых годах.
Альберт Великий знал Аристотеля в переводах в совершенстве и даже был знаком с арабскими комментариями к нему. Его химическая и механическая изобретательность до такой степени поражала современников, что он приобрел славу колдуна и мага. Рассказывают про устроенный им автомат, который отворял дверь на стук и даже заговаривал с входящим, но, возбудив негодование одного коллеги своим человеческим подобием, был разбит им на куски. Далее, будто по случаю какого-то праздника Альберт силою волшебства устроил среди зимы сад, в котором зеленели деревья, благоухали цветы, росла свежая трава, словом, царила весна во всей своей красе. В этом не трудно угадать преувеличенное описание пиршества, данного в теплицах монастырского сада. Насчет же устройства автомата не сохранилось никаких подробностей.
Общее собрание сочинений Альберта Великого, изданное в 1651 году в Лионе (21 том in folio), вообще интересно для истории химии и описательных естественных наук. Тем не менее, здесь нельзя найти ни одного механического или физического открытия, которое могло бы подтвердить в наших глазах громкую славу Альберта. Самостоятельным исследователем он отнюдь не был, и даже хвастался своим умением излагать древние науки так, чтобы нельзя было догадаться о его личных взглядах. Главная заслуга Альберта заключается в том, что он своими работами, а еще более своей преподавательской деятельностью проложил дорогу естественным наукам в христианскую Европу и сумел возбудить к ним живой интерес.
В своих сочинениях Альберт упоминает о двух изобретениях, которые он, впрочем, не выдает за свои. Это компас и порох. Появившиеся в XIII веке, они еще позже вошли в общее употребление.
Первые известия об употреблении компаса у арабов относятся к 1242 году. Араб Байлак рассказывает, что в темные ночи сирийские мореплаватели кладут обыкновенно на воду крест из лучинок, а сверху магнит, который своими концами указывает направление. Альберт Великий заимствовал свои знания о магнитной стрелке и ее свойствах из арабских книг, а это значит, что компас стал известен в Европе раньше, чем считается.
В Европе признают за изобретателя компаса итальянца Флавия Джиойю. Датой изобретения полагают 1302 год; по этому случаю поставлен в Неаполе бронзовый памятник. Возможно, Джиойя улучшил конструкцию компаса, перенеся стрелку с деревянной крестообразной подставки на стальной штифтик и придумав для нее оправу, но точных сведений на этот счет нет. Прошли еще столетия, прежде чем компас обратил на себя внимание теоретической физики, - печальный признак ее состояния в те времена.
История пороха еще темнее истории компаса. Если под порохом понимать простую смесь угля, серы и селитры, то оказывается, что смесь эта была известна Альберту Великому в 1250 году. Он советовал растирать и смешивать 1 фунт серы, 2 фунта угля и 6 фунтов селитры в ступке. Но здесь мог имееться в виду не огнестрельный порох в современном смысле. А как взрывчатое средство эту пороховую смесь употреблялась, возможно, уже в XII веке при горных работах, например в Гарце. Но возможно, ее применяли как средство пережигания для разрыхления камней, а не для взрывов.
Что касается употребления пороха для огнестрельного оружия, то точных сведений об этом не имеется до середины XIV века, хотя упоминания о нем появились раньше. Так, в 1338 году французский военный интендант ставит уже порох в число статей расхода; в 1360 году в Любеке сгорает ратуша вследствие неосторожности порохового мастера. Оба эти случая тоже касаются, может быть, взрывчатой смеси, но следующий случай не подлежит уже сомнению. В 1346 году англичане выставили шесть пушек в сражении при Кресси. В 1365 году крепость Эйнбек отстреливалась из «громового ружья», а в 1378 году в Аугсбурге жил литейщик огнестрельных орудий, занимавшийся этим еще под покровом глубокой тайны. Около 1420 года у гуситов появляются первые передвижные полевые орудия. С 1470 года артиллерия превращается в род войск наряду с кавалерией и пехотой.
Однако есть сообщения о восточном приоритете в этом деле. Якобы мавры употребили огнестрельное оружие при обороне Аликанта в 1331, и Альджевира в 1342 году.
Итак, неизвестно в точности, когда именно порох начали употреблять для огнестрельного оружия. Но еще менее достоверно можно указать, кто первым начал употреблять его с этой целью. Обычно называют имя Бартольда Шварца, но ведь это только имя, а про человека, носившего его, мы не знаем ровным счетом ничего, за исключением его несчастного опыта с пороховой смесью.
И кстати, только в XVI столетии наука обратила внимание на вопрос, как летят и падают снаряды.
В предыдущих главах мы не раз упоминали имя Роджера Бэкона, выдающегося ученого Средневековья. Но и о нем есть большие сомнения, что он жил в то время, к которому его относят, а именно в 1214–1294 годы.
Бэкон - самая блестящая личность XIII века не столько по самостоятельным открытиям, сколько по методу своих исследований. Он был не схоластическим философом, пояснявшим мимоходом аристотелевскую физику, а замечательным математиком, видевшим в пренебрежении этой точнейшей из наук корень заблуждений схоластической учености. «Математика - дверь и ключ к науке», говорил он в своем «Opus majus» («Большой опус»). Он занимался астрономическими наблюдениями, химическими опытами, механическими конструкциями, оставляя в стороне духовные споры. Это и заставляет выделить его из рядов схоластических натурфилософов и признать первым истинным естествоиспытателем Средних веков, предшественником экспериментальных физиков.
Но что поразительно, о нем не упоминает ни один из ученых докторов XIII или XIV веков. Как это может быть? К тому же Роджера Бэкона нередко сопоставляли с его в самом деле знаменитым соотечественником, лордом-канцлером Бэконом Веруламским, и даже высказывалось мнение, что последний в значительной степени воспользовался трудами первого и отчасти даже просто скопировал их. Сходство имен, пережитых трудностей и даже методов исследования - оба были привержены опытному методу, неоспоримо. Может, Роджера Бэкона и не было вовсе, так как он не имел заметного влияния ни на современников, ни на ученых ближайших к нему столетий, или жил он позже. В общем, здесь есть загадка.
Роджер Бэкон отстаивает экспериментальный метод с таким упорством, что это не может не удивлять, принимая во внимание, что дело происходит в XIII веке:
«В каждой науке необходимо следовать наилучшему методу, то есть изучать каждую вещь в надлежащем порядке, ставить первое в самом начале, легкое перед трудным, общее перед частным и простое перед сложным. Изложение должно быть доказательным. Последнее невозможно без опыта. У нас имеется три средства познавания: авторитет, мышление и опыт. Авторитет ничего не стоит, если утверждение его не может быть обосновано; авторитет не учит, он требует только согласия. При мышлении мы обыкновенно отличаем софизм от доказательства, проверяя вывод опытом».
И дальше:
«Экспериментальная наука - царица умозрительных наук, она имеет за собой три важных преимущества. Во-первых, она испытывает и проверяет выводы других наук. Во-вторых, в понятиях, которыми пользуются другие науки, она открывает великие результаты, к которым те науки не способны придти. В-третьих, она исследует тайны природы собственными силами».
Несмотря на такие заявления, сам Бэкон нередко уносился воображением за пределы опыта. В его выводах бывает иногда трудно отличить, основаны ли они на наблюдениях других людей, или на его собственных, или же они просто воображаемы. Тем более что в самовосхвалении Бэкон вполне подобен другим ученым этого времени: он не только сообщает, что в промежуток от трех до шести месяцев обучил любознательного ученика всему, чему сам учился около 40 лет, но и утверждает, что для изучения еврейского или греческого языка достаточно трех дней.
Сочинения Бэкона были изданы очень поздно. «Opusi majus» («Большой опус») - в 1733 году Джеббом, «Opusi minus» («Опус малый») и «Opus tertium» («Опус третий») в 1559 году Бремером, «Perspectiva» и «Specula mathematica» в 1614 году марбургским профессором Комбахом.
«Opus majus» - основная работа Бэкона. Он посвятил его в 1267 году папе Клименту IV, чтобы оправдать себя против возведенных на него обвинений. Вместе с изложением взглядов на истинно научный метод, в сочинении этом (в пятой части) помещены самостоятельные работы Бэкона, имеющие наибольшее значение для физики, а именно оптические. Бэкон в своей оптике опирается на Птолемея и Альхазена, сочинения которых могли быть доступны ему в подлиннике, так как он, по-видимому, знал греческий и арабский языки.
Вообще XIII столетие принадлежит оптике. Хотя Средние века охотно увлекались механическими фокусами, все же механика не ушла ни на шаг от Аристотеля. Оптика же конца этого столетия может похвалиться важным открытием, а именно изобретением очков. Математически разработанная оптика пострадала вообще менее других отделов физики в неблагоприятные для науки века.
Александрийские ученые установили оптику на столь прочных математических основаниях, что вести ее вперед было сравнительно легко. Арабы, а за ними и христианские ученые поэтому смогли заниматься ею усердно и успешно. Соображения Альхазена об увеличении предметов посредством стеклянных чечевиц, опыты Бэкона над изменением зрительных углов с помощью вогнутых и выпуклых сферических стекол должны были навести на мысль о возможности исправлять такими стеклами неправильности глазного хрусталика.
Бэкон советовал лицам со слабым зрением класть выпуклые стекла на предметы, которые они хотели видеть ясно. Но кто именно первый, следуя этому указанию, придумал прикладывать стекла к глазу, и притом одновременно вооружить стеклами оба глаза; кто первый устроил очки не только с выпуклыми стеклами для дальнозорких, но и с вогнутыми для близоруких - остается неизвестным.
В учении о зеркалах Бэкон отмечает, что стеклянные зеркала покрываются свинцом. Такое приготовление зеркал и должно было войти в употребление около этого времени, так как В. Бовэ в 1250 году упоминает о том же, а до того знали только массивные металлические и простые, ничем не покрытые стеклянные зеркала. Он занимался также зажигательными зеркалами и был первым ученым, отметившим расстояние фокусов сферических зеркал. Для параболического зажигательного зеркала он определил фокусное расстояние в 1/4 параметра, и последующие оптики приходят тоже к этому результату, оставаясь в неведении предела, установленного Бэконом. Он дает и правила для приготовления такого зеркала, причем остается неясным, пробовал ли он сам делать такие зеркала или заказывал другим, или оставил свой план без выполнения.
При исследовании преломления лучей Бэкон рассматривает преломление при прохождении через сферические поверхности и отмечает, что при рассмотрении через такие поверхности зрительный угол предметов, а следовательно и кажущиеся размеры их могут быть увеличены. Его рисунки представляют только простые дуги, обращенные к глазу выпуклой или вогнутой стороной, и нигде мы не встречаем у него чечевиц, ограниченных двумя сферическими поверхностями. Но Бэкон постоянно говорит только о единичном преломлении, не касаясь случая преломления двумя сферическими поверхностями, и в этом отношении он не идет дальше Альхазена.
Одновременно с Бэконом увлекался собиранием древних сочинений по оптике польский монах Вителло, не занимавшийся ничем, кроме оптики. В его десятитомном трактате (1271) описаны многочисленные опыты и наблюдения за природными оптическими явлениями, разработаны важные для художников вопросы перспективы.
Повторяя измерение углов преломления он нашел, что в одних и тех же средах углы не изменяются, все равно, проходит ли свет из среды более плотной в менее плотную, или наоборот. В теории радуги Вителло пошел дальше Аристотеля, заметив, что радуга не может образоваться от простого отражения солнечного света, так как вследствие прозрачности дождевых капель проходящие сквозь них лучи должны также и преломляться. Книга Вителло издана Ризнером в 1572 году одновременно с «Оптикой» Альхазена.
Являясь в большой степени удачной компиляцией работ Евклида, Птолемея и Альхазена, трактат Вителло на долгие годы стал основой университетских оптических курсов, довольно слабо связанных с прикладными оптическими задачами. Этой оторванностью чистой науки от практики объясняется и тот факт, что величайшее оптическое изобретение - очки, были придуманы в XIII веке не университетскими учеными, а итальянскими мастерами шлифования и полирования камней. Более того, известны негативные отзывы ученых-оптиков того времени на ношение очков:
«Основная цель зрения - знать правду, а линзы для очков дают возможность видеть предметы большими или меньшими, чем они есть в действительности … иной раз перевернутыми, деформированными и ошибочными, следовательно, они не дают возможности видеть действительность. Поэтому, если вы не хотите быть введенными в заблуждение, не пользуйтесь линзами».
Однако остановить развитие очкового ремесла оказалось невозможным.
Очевидно, в XIII веке вышло сочинение Витрувия Поллиона «De Architectura» в 10 книгах. В ней он дал обзор современных ему сведений по архитектуре, механике, физике и физической географии. Как видно из заглавия, сочинение имеет преимущественно практическое направление и, кроме ценных сведений о физиках, например об Архимеде, содержит мало интересного в теоретическом отношении. Именно в это время в Европе начинают распространять византийскую науку посредством обширных компилятивных сочинений. К числу книг этого рода принадлежит и сочинение Витрувия, черпающего материал по преимуществу из византийских источников.
Первые семь книг посвящены архитектуре, восьмая трактует о воде и водопроводах, девятая - об измерении времени, десятая - об искусстве построения машин. Всего самостоятельнее восьмая книга. Грандиозные водопроводные сооружения выяснили до известной степени понятия о движении жидкостей. Витрувий замечает:
«Подобно водяным волнам, и звук распространяется кругами в воздухе. Однако в воде эти круги распространяются только в ширину и в горизонтальном направлении, между тем как звук постепенно распространяется в воздухе и в ширину и вглубь».
Вопреки господствовавшему тогда мнению, будто вода образуется в земных пещерах из воздуха, Витрувий утверждал, что вода источников происходит из дождевой воды, но убедить в этом современников ему не удалось. Вообще спор о происхождении речной и ключевой воды продолжался до Нового времени.
Происхождение ветров Витрувий пробует объяснить напряжением водяных паров и с этой целью подробно рассматривает паровой шар Герона. И эта теория тоже не получила всеобщего признания.
В Средние века был популярен труд по физике Сенеки Младшего в семи томах, где он рассматривает с атомистической точки зрения явления электричества, небесные явления, кометы, воду, воздух и свет, но без систематического подразделения и без проверки собранного материала личным опытом. Рассуждая о законах движения планет и даже комет, Сенека скромно замечает, что эти законы, столь темные и запутанные в его время, могут когда-нибудь сделаться ясными и очевидными.
Сенека, подобно Аристотелю, считает радугу искаженным изображением солнца и объясняет происхождение цветов смешением солнечного цвета с темными облаками. Он указывает на тождество цветов радуги с теми, которые мы видим при рассматривании предметов сквозь гранёные стекла, но последние цвета считает ненастоящими. Тот факт, что при рассматривании сквозь стеклянный сосуд с водой все предметы, например яблоки, кажутся увеличенными, вызывают у Сенеки одно простое замечание, что нет ничего обманчивее нашего зрения. И кстати, примеры со стеклом указывают на позднее происхождение этого труда.
Его сочинение долго служило учебником физики.
Популярной в Средние века была и «Естественная история» Плиния Старшего в 37 томах. Сочинение в целом представляет собой не более как сборник, в который Плиний включил все, что ему нравилось, а нравилось ему, к сожалению, по преимуществу все сказочное. Критической оценки материала у него почти нет; самостоятельной переработки нет вовсе. Плиния интересует действие магнитного камня. Ему принадлежит также басня о пастухе Магнусе, узнавшем магнитную руду по ее действию на гвозди его сапог (что же это за пастух с сапогами с железными гвоздями в то время?). Рассказ об уничтожении притягательной силы магнита алмазом показывает, как мало ученый-натуралист был склонен проверять личным опытом приводимые им факты.