Так называемые огни св. Эльма Плиний считает звездами, опускающимися на копья солдат и мачты кораблей.
«Если они появляются в одиночку, то приносят гибель, погружаясь на дно судов и сжигая их остовы. Двойные звезды, напротив, благотворны; они предвещают счастливое плавание и отгоняют страшный огонь. Их приписывают поэтому Кастору и Поллуксу и призывают на море, как богов. Иногда звезды спускаются и на головы людей в вечерние часы, служа великим предзнаменованием».
А всего забавнее его рассказ о том, что из Олизиппо (Лиссабона) прибыло посольство к Тиберию с извещением, что в пещере открыт тритон классического вида, трубящий в раковину, и что на том же берегу местные жители видели Нереиду и слышали жалобные вопли умиравшей Никсы.
Итак, в то время, как византийцы хотя бы комментируют своих гениальных предшественников, в Западной Европе прямо и без всякой критики составляют сборники их высказываний.
Историки науки отмечают, что ни одно столетие в научном отношении не представляло столь жалкого и прискорбного зрелища, как XIV век в Западной Европе. В XIII веке, в связи с приходом нового знания из Византии, можно было надеяться на близкое пробуждение умов. Университеты возникали один за другим, были сделаны ряд научные открытий, и метод опытного исследования был противопоставлен схоластическим истолковательным приемам. Несмотря, однако, на все это, наступил не новый научный прорыв, а паралич умственной деятельности. Безотрадную пустыню этого столетия не оживляет ни одно открытие, ни одна светлая личность, выдающаяся своей ученостью.
В XIV столетии спорный вопрос между наукой и верой был поставлен более ясно, и учение Фомы Аквинского получило очень важное дальнейшее развитие. По первоначальным понятиям, формыбыли чем-то вроде неизменных субстанций, смешивающихся между собою в определенных количествах: в таком-то сером цвете имеется столько-то белого и столько-то черного цвета. Теперь же под формой стали понимать лишь физическое качество, изменяющееся по различным степеням какой-то шкалы: такой-то серый цвет имеет такую-то степень густоты на таком-то расстоянии от исходной точки, от совершенно белого или от совершенно черного цвета.
Интенсивность формыполучила название ширины(latitudo). Ее изменения попытались определять математически. Например, если изобразить время посредством отрезка прямой, проведенной от исходной точки вправо, то «ширина» формы в данный момент может быть выражена перпендикуляром, восставленным из окончания этого отрезка. Этот способ тождественен с нашим способом изображения хода какого-либо явления посредством текущей ординаты кривой. Подобные воззрения с середины XIV и до начала XVII столетий обычно преподавались в университетах, и относительно «ширины» форм было написано немало трактатов и комментариев. Первыми авторами подобных сочинений были английский монах Ричард Суисет, живший около 1350 года, и француз Николай Ореэм. До сих пор не решен окончательно вопрос, кому из них следует приписать первенство. Не выяснено, какие идеи привели их к этой новой теории, которую ни один из них как будто не приписывал лично себе.
Отголоском достижений XIII века выглядит сочинение по оптике монаха Теодорика (ок. 1311 года). Он подробно и верно описывает ход светового луча через дождевую каплю для главной радуги и для радуги второго порядка: каждый солнечный луч главной радуги преломляется вверху капли, отражается от задней ее стенки и вторично преломляется внизу капли; радуга же второго порядка происходит в результате двоякого преломления и двоякого отражения лучей. Однако вследствие незнания законов преломления Теодорик не смог объяснить, почему только те лучи, которые падают на места, указанные чертежом, дают в нашем глазу изображение радуги. Он призывает на помощь схоластическое предположение, что эти места особенно предназначены природой для преломления и отражения. Сочинение Теодорика долгое время было скрыто в библиотеке монахов-проповедников в Базеле и осталось без всякого влияния на науку. Оно увидало свет только в 1814 году.
Известный немецкий часовой мастер Гейнрих-фон-Вик устроил в 1364 году на здании парижского парламента первые колесные часы с боем. С этого времени большинство германских городов начало обзаводиться башенными часами. Тем не менее, и механические часы следует считать изобретением XIII века, сделанным в Италии. Об этом говорит то обстоятельство, что в Германии долгое время оставалось в употреблении итальянское подразделение часов от 1 до 24.
В это время схоластика не успела еще познакомиться со всеми классическими учеными, остановившись на Аристотеле, но даже его не знала в оригинальной форме. Схоластикам недоставало знания греческого языка; их знакомство с греческой наукой произошло через латинские переводы, которые, в свою очередь, не были сделаны с подлинников. Даже сочинения Аверроэса были латинским переводом с еврейского перевода одного арабского комментария к арабскому же переводу с сирийского.
Петрарка (1304–1374) жалуется, что в Италии не насчитывается более 10 человек, способных оценить Гомера, а Боккаччо (1313–1375) с большим трудом находит кафедру греческого языка во Флоренции, чтобы пристроить на работу византийца Леонтия Пилата. Да и то не надолго, так как ученый «в философском плаще и с всклоченной бородой» вскоре покинул Италию, исполненный глубокого отвращения. Зато в XV веке, после взятия Константинополя турками ученые, бежавшие оттуда, очень скоро распространили греческий язык по всей Европе, а расцветающий гуманизм не только подготовил падение схоластики, но и косвенным образом повлиял на развитие естественных наук, открыв большую свободу мысли вообще и расширив круг знакомства с греческой наукой о природе.
Самым оригинальным мыслителем XV столетия был, бесспорно, Николай Кузанский (1401–1464).
Николай Кребс, также называемый де-Куэза или Кузанский, был сыном рыбака из города Куэзе на Мозеле. В качестве люттихского архидиакона он заявил себя энергическим противником папы на Базельском соборе, но впоследствии сделался кардиналом и епископом Бриксенским. Он возродил учение Пифагора о движении земли. В сочинении «De docta ignorantia» («Об ученом невежестве») старался доказать, что всякое бытие заключается в движении и что земля уже потому не может находиться в центре Вселенной, что бесконечная Вселенная не может иметь центра. Поскольку всем телам свойственно движение, то и Земля не может быть неподвижной. Его теории земного движения довольно-таки темны, но из них все-таки явствует, что он думал о движении земли вокруг ее оси как о некотором движении нашей планеты вместе со всей солнечной системой «вокруг вечно вращающихся мировых полюсов».
Он дал совершенно новую систему физических понятий. По его мнению, все научные познания в области физики должны выражаться в некоторых числах и все наблюдения, имеющие целью изучение природы, должны производиться с весами в руках. Правда, его собственные измерения оказались чисто фантастическими, и автор даже не замечал причин их ошибочности. Но важно было уже то, что Николай Кузанский сформулировал общий принцип.
Главная трудность, которую он хотел преодолеть, заключалась в том, чтобы отыскать то абсолютно единое начало, которое проходит через все построение Вселенной. Для разрешения этой проблемы он придумал следующую смелую формулу, из которой делал подчас самые странные применения: утверждал, что противоположности и в бесконечно большом, и в бесконечно малом совпадают.
Николай Кузанский воскресил также понятие о протяженных, неделимых ни актуально, ни в возможности атомах. Однако он не рискнул утверждать, что существует пустое пространство, - доводы Аристотеля против возможности пустоты казались убедительными в течение всех Средних веков. Наконец, он считал невозможным разложение тел на совершенно простые элементы.
Механику Кузанского нельзя назвать ни философской, ни математической; в ней попадаются черты той и другой, но изобилует она преимущественно фантастическими проектами, - явление весьма частое в те времена, предшествовавшие возникновению экспериментальной физики. Средневековый механик высказывает свои мысли, не имея намерения осуществлять их, не заботясь даже о том, осуществимы ли они вообще или нет. Тем не менее, подобные проекты дали начало экспериментальной физике.
Путешествие Колумба (1492) имело один важный результат для физики, именно для учения о магнетизме. Компас вошел уже в общее употребление у моряков, но в это время, столь чуждое всяким научным интересам, никто не позаботился ни об исследовании таинственной силы, направляющей магнитную стрелку, ни даже о точном изучении ее направления. Возможно, что при недостатке кругового деления под магнитной стрелкой или не замечали ее отклонения от северного направления, или объясняли его несовершенством устройства магнитной стрелки. Так или иначе, до Колумба было известно только восточное склонение, наблюдавшееся в прибрежиях Средиземного моря.
И вдруг Колумб к великому своему удивлению заметил вечером 13 сентября (он производил астрономическое определение на расстоянии 200 морских миль к западу от о. Ферро), что магнитная стрелка отклонилась на запад, притом на целых 5°, и что это отклонение постоянно увеличивалось по мере удаления на запад. Этим открытием было не только установлено склонение магнитной стрелки вообще, но и различие его для разных мест Земного шара. С этих пор число наблюдений над направлением стрелки постепенно увеличивается, а вместе с тем начинаются и опыты для объяснения этих загадочных явлений.
С конца XV века многие науки начинают получать практическое воплощение. В частности, происходит резкий сдвиг в практическую область оптики, во многом благодаря трудам Леонардо да Винчи.
Леонардо да Винчи (1452–1519) родился в Винчи, близ Флоренции, и уже в 1480 году писал в Милане для доминиканской церкви св. Марии свою знаменитую «Тайную вечерю». В 1502 году он отправился путешествовать по Италии для обозрения крепостей, по поручению Валентина Борджиа; в 1507 году был занят сооружением мартезианского канала близ Милана; в 1509 - руководил постройкой канала св. Христофора. В 1511 году Леонардо да Винчи проявил большую деятельность при вступлении в Милан Людовика XII, а 1515 - при вступлении туда Франциска I. В следующем году он в качестве придворного живописца отправился с королем во Францию и умер здесь в 1519 году.
Его научные познания отличаются такой же разносторонностью, как и его практическая деятельность, и касаются не только теории искусств, но и математики, астрономии и описательных естественных наук. При всем том Леонардо не был обыкновенным энциклопедистом, относящимся пассивно к воспринятому; напротив, он обнаружил, особенно в понимании физики, такой мощный и обширный ум, что опередил свое время более чем на целое столетие.
Леонардо основательно изучил труды древних и вынес убеждение, что одно философское направление не способно двинуть физику вперед, тогда как приложение математики даст плодотворные результаты:
«Механика - истинный рай математических наук, потому что при ее посредстве можно вкусить от плодов математического познания».
Но вместе с тем ему было ясно, что прежде чем приложение математики сделается вообще возможным, наблюдение должно накопить достаточный запас фактических данных, и он особенно настаивает на необходимости наблюдения и систематического опыта для познания частных явлений, от которых далее можно подняться к общим законам.
Следуя такому приему, Леонардо устанавливает, что тело падает по наклонной плоскости тем медленнее, чем длина ее больше высоты; а затем, правда, без доказательства, высказывает замечательное положение, что тело падает по дуге скорее, чем по соответствующей ей хорде. Его представление о свободном падении тел тоже гораздо рациональнее общепринятых в то время, так как относительно нарастания скорости падения он находит, что ускорение это происходит в арифметической прогрессии. Задачу косого рычага Леонардо разрешает, заменив его теоретическим рычагом, плечи которого перпендикулярны к направлениям силы. Далее, мы находим у него знание явлений капиллярности, знание веса воздуха, стоячих водяных волн, трения и т. д. Физические работы Леонардо сохранились в виде разрозненных листков.
Идея союза науки и практики проявилась и в его оптических исследованиях. В «Атлантическом кодексе» и других манускриптах им были поставлены и решены задачи построения хода лучей в глазе, рассмотрены вопросы аккомодации и адаптации глаза, дано научное объяснение действия линз, зеркал и очков, изучаются вопросы аберраций; зарисованы каустические поверхности, приведены результаты первых фотометрических исследований, описаны технологии изготовления линз и зеркал.
Особо важными представляются объяснения Леонардо да Винчи перевернутых изображений, даваемых камерой-обскурой, поскольку, помимо изображений на картинах художников и возникающих в глазу человека, в те годы это был единственный пример действительного оптического изображения. Историческая роль камеры-обскуры состоит в том, что она четко разграничила понятия свети зрение. Изучение бинокулярного зрения привело Леонардо да Винчи к созданию около 1500 года стереоскопа, он изобрел ряд осветительных устройств, в том числе ламповое стекло. В 1509 году им была предложена конструкция станка для шлифовки вогнутых зеркал, подробно описано изготовление параболических поверхностей.
Леонардо обнаружил разницу между распространением звуковых и световых волн, исследовал отражение и преломление звуковых волн, эхо, скорость звука и факторы, определяющие степень громкости, исследуя для этого законы, управляющие затуханием звука, посредством изменения расстояния между источником звука и ухом. В результате он создал некую перспективузвука, подобную законам оптической и изобразительной перспективы.
Леонардо серьезно интересовался оптикой, поскольку практические вопросы, связанные с оптикой, были близки к живописи, а главным в жизни Леонардо была, конечно, живопись. Считая живопись наукой, Леонардо писал:
«Наука живописи распространяется на все цвета поверхностей и на фигуры одетого ими тела, на их близость и отдаленность с соответствующими степенями уменьшения в зависимости от степеней расстояния. Эта наука - мать перспективы, т. е. учения о зрительных линиях».
Разносторонний гений Леонардо да Винчи вызволил, наконец, и механику из ее продолжительного летаргического сна. Но хотя он явно дал толчок новым исследованиям, его собственные работы при его жизни остаются в неизвестности.
В это время статика делает некоторые успехи, исходя из архимедовых данных, но динамика остается всецело в руках аристотелианцев. Распространение компаса ведет к новым наблюдениям над магнитной силой, однако только в начале следующего столетия Гильберт даст теорию земного магнетизма.
Свойства переходной эпохи проявляются в XVI веке таким множеством противоположностей, что общая характеристика ее весьма затруднительна. Со всех сторон пробиваются к свету новые теории, везде ставятся новые цели, везде старое упорно восстает против нового, подкапывающегося под его существование; а так как старое и новое не в состоянии уничтожить друг друга, то они продолжают существовать рядом. Мы находим всюду борьбу противоположных мнений. Покоя нет на протяжении всего этого столетия, и лишь следующий, XVII век принесет решение большей части вопросов.
Оптика, как всегда, находит деятельных работников. Ход прямолинейных световых лучей при зеркальном отражении и преломлении продолжает быть предметом изучения, но настоящих физических исследований природы света еще нет.
Акустика и учение о теплоте остаются почти не затронутыми новыми веяниями. В отношении к учению о теплоте это, впрочем, неудивительно, так как и в древности этот отдел физики был в загоне, а следовательно, не существовало исходных точек для исследования в этой области. Теплота считалась стихией, к которой трудно подступиться, особенно за неимением прибора для измерения теплоты, ведь он был сконструирован лишь в XVII веке после многих неудачных попыток. Слово «температура» выражает понятие о смешении различных элементов, подобно употребляемому в медицине слову «темперамент»; этим термином обозначается равновесие между некоторыми неизменными противоположностями.
А вот застой в акустике удивителен, так как древность дала много указаний для ее разработки, и музыка достигла уже блестящих результатов. Гвидо из Ареццо (умер в 1050) изобрел систему линий для обозначения высот тонов, а сами тоны обозначил наименованиями ut, re, mi, fa, sol, la, к которым было впоследствии присоединено si. Жан де-Мер (1310–1360) стал употреблять в нотах головки для обозначения их продолжительности. Франк Кельнский (XIII столетие) разработал контрапункт, а голландцы довели до значительного совершенства строгую многоголосую композицию. В XVI веке итальянцы превзошли голландцев, и церковная итальянская музыка достигла высшего развития.
Но при всем этом только Галилей, основатель новейшей физики, принялся в XVII веке снова за акустические исследования.
Физика христианской Европы обнаруживает связь с прошлым непосредственнее других ветвей естествознания. Философия, математика и медицина подвергались предварительной разработке в руках арабов, физика же оживает только после знакомства средневековой Европы с византийскими подлинниками и долго продолжает развиваться именно там, где это знакомство может быть всего легче осуществлено, - в Италии.
XVI век можно вообще назвать веком переводов. В числе работавших на этом поприще выдаются Мавролик, Тарталья, Дюгамель, Ксиландр, Венаторий и другие. Переводами с греческого отличился Коммандино (1509–1575), врач и математик герцога Урбинского. Он перевел сочинения Архимеда, Птолемея, Аполлония, Паппа, Герона, Евклида и Аристарха. Увлеченный Архимедом, он пишет и самостоятельный трактат о центре тяжести тел.
Знаменитый итальянский математик Николай Тарталья (1501–1559) своим сочинением «Nuova scienza» («Новая наука»), написанном в 1537 году, положил начало разработке проблем динамики. Он исследует путь брошенного тела и находит его кривым от начала до конца, тогда как прежде, согласно Аристотелю, принимали, что брошенный снаряд летит сначала горизонтально, вследствие сообщенного ему насильственного движения, затем переходит в смешанное круговое движение и, наконец, когда сообщенное насильственное движение угаснет, снаряд падает отвесно вниз.
Тарталья видит, что так называемые естественные движения должны с самого начала смешиваться с насильственными, но тем не менее не решается сразу выступить против господствующего мнения и допускает, что в начале и конце путь весьма мало уклоняется от прямолинейного. Именно он заметил, что пуля, пущенная из ружья в горизонтальном направлении, тотчас же опускается ниже горизонтальной линии и, следовательно, имеет дальность полета, равную нулю. Он отсюда пришел к выводу, что дальность полета всего больше, когда пуля выпущена под углом в 45°, - выводу, который случайно оказался вполне верным. Исследования Тартальи показывают, до какой степени темны были даже в это время представления о сложении движений и о форме линии полета. Его здравый взгляд на предмет может быть вполне оценен, если припомнить, что еще в 1561 году некий Зантбек утверждал, будто пуля, выпущенная из ружья, летит по прямой линии до тех пор, пока сообщенное ей насильственное движение не угаснет, а затем уже мгновенно падает.
О жизни его скажем, что Тарталья происходил из бедной семьи и никогда, невзирая на знакомства с влиятельными лицами, не поправил своего состояния. Первоначального образования он не мог получить и выучился читать лишь на четырнадцатом году жизни.
Джеронимо Кардано (1501–1576) был многосторонним ученым. Он занимался математикой, физикой, естественными науками, философией, медициной и во всех отраслях оставил более или менее серьезные работы. При своих необыкновенных дарованиях он отличался такими странностями, что даже друзья могли объяснить их только временным помешательством. Если бы Кардано не сам описал свою жизнь, нельзя было бы поверить соединению стольких слабостей и противоречий в одном человеке. При почти непостижимом бесстрашии в философии, он приходил в трепет от каждого дурного предзнаменования и верил в домовых. Знаменитый медик, тонкий и изобретательный математик, - верил в сны и занимался магией и колдовством. Он то вел суровый образ жизни, то предавался всевозможным излишествам, переходя от роскоши к нищете. Ему хотелось все знать и все испытать. Нечувствительность его к величайшим несчастиям была так велика, что он, говорят, без всякого волнения присутствовал при казни родного сына.
Кардано изучал все науки и в каждую внес какое-нибудь усовершенствование. У него достало смелости вступить в единоборство со всей древней наукой. Для него не существовало авторитетов, он доверял только указаниям собственного разума. Но при всем том смелый преобразователь, которого не пугали никакие преграды, был убежден, что каждый год 1 апреля в 8 часов утра он может получить свыше все, чего бы ни пожелал. Рассказывает, что на 75-м году Кардан добровольно умер от голода, чтобы доказать справедливость одного из своих предсказаний.
Этот ученый наиболее известен как математик, а из физических его работ лучшие относятся к механике. Он доказал вполне справедливо, что для поддержания тела на горизонтальной плоскости не нужно никакой силы, а для поддержания его на наклонной требуется сила, равная тяжести тела. Этим, впрочем, исчерпываются верные выводы Кардана, и он заканчивает уже вполне ошибочным положением, что сила должна быть прямо пропорциональна наклону плоскости, то есть, например, для наклона в 30° она должна быть вдвое больше, чем для наклона в 15°.
Невзирая на соперничество, Кардано и Тарталья имели много общего в своих физических исследованиях. Оба, решая задачу о пропорциональности силы углу наклонной плоскости, приходят к выводу, что эти две величины нарастают или убывают во всех случаях пропорционально, и оба ошибались. Для механики XVI века это дурной показатель, - два таких замечательных математика, как Тарталья и Кардано, не могут проверить опытным путем, действительно ли имеет место утверждаемое ими!
Значительная часть сочинений Кардано посвящена описанию механических изобретений, нередко имеющих характер фокусов. В то время любили возбуждать удивление публики подобными выдумками. Для сидения в императорских экипажах изобретается особое приспособление (употребляемое теперь, например, для корабельных компасов), чтобы его величество могло сидеть неподвижно при толчках. В дымовой трубе проделываются четыре отводящие трубы, соответственно четырем странам света, чтобы при противных ветрах дым мог выходить в одно из отверстий. В числе других «интересных» сведений Кардан сообщает, что из Германии в Милан была привезена блоха, привязанная волосом к цепи.
В описываемый нами период число противников аристотелевской физики быстро возрастает. Гнет схоластической философии порождает в ее противниках ненависть, идущую часто мимо цели.
Так Петр Рамус (1502–1572), даровитый французский математик, не захотел признавать даже аристотелевской логики и написал свою, усовершенствованную. Против сочинения своего схоластического противника Карпентария составил два. Сегодня они интересны только по смелости, с которой автор старается ниспровергнуть авторитет Аристотеля, а лично для него эта борьба обернулась поражением: он потерял кафедру и был вынужден бежать из Парижа. Его осудили специальные судьи, а затем и вовсе убили, как уверяют, по наущению враждебного ему Карпентария.
Бернардин Телезий (1508–1588) из Конзенцы основал общество естествоиспытателей, академию для борьбы с натурфилософией Аристотеля. Он выдвинул оригинальную идею, что есть единое первичное вещество и два начала - теплота и холод. Причем все тела образуются, по его теории, от действия этих двух начал на первичную материю. Так как небо, по преимуществу, является средоточием тепла, а земное ядро - холода, то на поверхности земли возникает наибольшее число живых существ. Теплота неба неравномерна: звездные части теплее беззвездных. Вследствие неравномерного тепла однообразное вначале движение планет превращается в неравномерное. Teлезий объясняет и происхождение цветов своими двумя стихиями: тепло - причина белого, холод - черного цвета. Прочие цвета происходят, как и у презираемого им Аристотеля, из смешения двух основных.
Франциск Мавролик (1494–1575), сын грека, бежавшего из Константинополя от турок и поселившегося в Мессине, написал большое сочинение по оптике. Однако занимался он преимущественно преподаванием математики, и математические трактаты составляют большую часть его сочинений. Исследования конических сечений принесли ему славу величайшего геометра XVI века. И все же теперь он известен как автор «Оптики».
По его объяснению радуги луч отражается до семи раз в капле воды под углом в 45° и ни разу не преломляется, что, конечно, не дает результатов, согласных с опытом. Но зато мы находим у него правильное замечание, что радуга второго порядка не может быть простым изображением главной радуги по следующим причинам: цвета главной радуги не достаточно ярки, чтобы отражаться; зеркальной поверхности для отражения не существует; отражение извратило бы не только порядок расположения цветов, но и саму дугу.