Телескоп Галилея. Музей истории науки, Флоренция
Возникновение новой картины Вселенной
Несмотря на стремление Кеплера построить новую всеобъемлющую модель мира, на деле его исследования, равно как и открытия Коперника, Браге, Галилея и многих других ученых, шаг за шагом опровергали античные представления о действительности, но так и не привели к выявлению фундаментальных законов, которые могли бы объяснить мироздание в целом.
Эту проблему попытался решить французский философ Рене Декарт (1596–1650). Осуждая Галилея за то, что тот, «не касаясь первопричин в природе, искал причины лишь некоторых ограниченных явлений и таким образом строил здание без фундамента», Декарт приступил к построению новой целостной картины мира. С его точки зрения, одна из основных проблем заключалась в том, чтобы получить достоверное знание. Здесь не всегда мог помочь чувственный опыт, поскольку он способен принять за реальность иллюзии, и не всегда возможно опираться на рассуждения, ибо их правильность зависит от истинности изначальных посылок. В основу своей философии Декарт положил сомнение, поскольку именно оно способно наиболее эффективно подвергнуть критике старые «истины» и выявить те аксиомы, на которых будет строиться новая система взглядов. Такой базовой аксиомой стала для Декарта известная максима: «Я мыслю, следовательно, я существую». В качестве одного из основных инструментов познания Декарт использовал математику и даже в описании природы стремился оперировать лишь математическими понятиями: движение, фигура, протяженность и т. д.
Декарт провозгласил, что в мире нет пустоты — мир наполнен материей, так как она фактически тождественна протяженности. Бог и его действие неизменны: творец создал материю и он же сохраняет ее в целостности. Меняются лишь части материи — и этим изменениям они обязаны природе. «Правила, по которым совершаются эти изменения, я называю законами природы», — писал Декарт. С самого начала творения частицы материи обладают движением, а к изменению состояния материи приводит столкновение одних частиц с другими. Таким образом, за богом оставался преимущественно первый толчок (или, как еще порой говорили, «первый щелчок»), а дальше уже вступали в действие законы природы.
Тем не менее ряд базовых принципов, лежавших в основе мироздания, по-прежнему оставался непознанным — так, например, было неясно, какая сила обеспечивает обращение планет, препятствует им оторваться от Солнца и отправиться в открытый космос. Свое объяснение этому предложил знаменитый английский физик, математик, механик, астроном, алхимик и философ Исаак Ньютон (1643–1727). Учась в Кембридже, Ньютон познакомился с сочинениями Кеплера, Галилея и Декарта. Тогда же он начал заниматься математикой, проблемами движения и света, сделал ряд открытий в разных сферах науки. В частности, Ньютон изобрел телескоп-рефлектор (более мощный, чем существовавшие до того), заложил основы математического анализа, много работал в области теории света и, в частности, доказал, что при помощи призмы белый цвет можно разложить на составляющие его семь цветов радуги. Кроме того, немало времени Ньютон посвятил изучению алхимии и взаимным превращениям металлов, активно интересовался теологией, увлекался астрономией и независимо от Кеплера пришел к выводу о том, что планеты вращаются вокруг Солнца по орбитам в форме эллипса.
Как и у других ученых эпохи Научной революции, открытия Ньютона в немалой степени базировались на достижениях предшественников. Так, например, закон падения тел и параболическая траектория снаряда были открыты еще Галилеем. А идея о том, что движение планет обусловлено в том числе и взаимным притяжением между телами, была высказана в 1674 г. английским естествоиспытателем Робертом Гуком (1635–1703), совершившим и ряд других важных физических открытий, но зачастую не доводившим свои исследования до конца, что впоследствии мешало установлению его приоритета: в частности, Ньютон отрицал, что следовал в своих рассуждениях за теориями Гука.
Так или иначе, в опубликованном в 1687 г. фундаментальном труде «Математические начала натуральной философии» (так называли тогда физику) Ньютон сформулировал «закон всемирного тяготения»: каждый материальный объект притягивается к любому другому вдоль соединяющей их прямой с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Этот закон позволял объяснить не только взаимодействие Солнца и планет, Земли и Луны, но и практически любое движение тел.
Исследования Ньютона привели его к выдвижению и двух других базовых понятий классической физики: инерции и движущей силы. Его достижения воспринимались современниками как модель для познания всех закономерностей в природе и обществе. Казалось, что он совершил чудо: понял язык природы, более того, вступил с ней в диалог, и на свои вопросы о том, как устроен мир, получил четкие и однозначные ответы. Его труд окончательно разрушил средневековую картину мира, соединив воедино многое из того, что было сделано до него. Столетием позже Лагранж, известный математик и физик XVIII в., не без зависти скажет: «Ньютон был величайшим гением из всех, когда-либо существовавших, и самым удачливым, поскольку систему мира можно открыть лишь единожды».
Развитие математики и естественных наук
Постепенное создание новой системы мира в годы Научной революции шло параллельно с множеством открытий в механике, химии, физике, биологии и других областях. Широкое внедрение в исследовательскую практику рационалистических установок и отказ от старых догм вели к подлинно революционным переменам в естествознании.
Бурное развитие в это время математики стимулировало прогресс в астрономии, навигации и других дисциплинах. Вводятся в оборот логарифмы, десятичная запятая, алгебраическая формула и алгебраическая символика: знаки умножения, деления, показателя степени, квадратного корня, «+» и «-». Блез Паскаль (1623–1662) сконструировал образцы арифметической машины для проведения сложения и вычитания (так называемое «Паскалево колесо»). Совместно с другим известным французским математиком Пьером Ферма (1601–1665) он разработал на примере игры в кости основы теории вероятности.
В конце XVI — первой половине XVII в. были изобретены логарифмы (Дж. Непер), правила действий с десятичными дробями (С. Стевин), разработана математическая символика (Ф. Виет, Р. Декарт), введено алгебраическое (вместо геометрического) понимание числа, открыт способ перевода (с помощью системы координат) геометрических предложений на алгебраический язык (Р. Декарт, П. Ферма, Дж. Валлис). Эти достижения существенно упростили сложные расчеты, расширили границы применения математических исследований и предопределили следующий важный шаг в развитии математики. Таким шагом стали работы Б. Кавальери и П. Ферма, выдвинувших идею анализа произвольных кривых с помощью разложения их на бесконечно малые отрезки прямых, и труды Дж. Валлиса, Дж. Грегори и И. Барроу, осуществивших «алгебраизацию» метода исчисления бесконечно малых величин. Публикации названных ученых сформировали основу для разработки во второй половине XVII в. Г. Лейбницем (1646–1716) и И. Ньютоном методов дифференциального и интегрального исчислений, в совокупности составивших исключительно мощный инструмент исследования — математический анализ.
Математический анализ обеспечил переход от аналогового моделирования к математическому, что открыло возможности проведения исследований невиданной ранее глубины и масштаба. В частности, математический анализ стал средством понимания и изучения всех проблем зависимости переменных величин (функция) и движения, что в свою очередь позволило его создателям описать новую научную картину мира. Математика, таким образом, оказалась одновременно и языком новой науки, и таким же инструментом формирования новой картины мира, как и телескоп.
Активно развивались физика и химия. Торричелли доказал, что воздух имеет вес и проводил опыты по измерению атмосферного давления. Исследования Паскаля в конце 40-х годов в области гидродинамики и гидростатики привели к изобретению шприца и гидравлического пресса; также был сформулирован «закон Паскаля»: жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по всем направлениям. Англичанин Роберт Бойль (1627–1691) настаивал на том, что химия должна стать самостоятельной наукой, преследующей иные цели, нежели до того алхимия и фармакология. В 1662 г., на десятилетие раньше пришедшего к аналогичным выводам француза Эдма Мариотта (1620–1684), Бойль сформулировал закон, известный ныне как «закон Бойля-Мариотта» и описывающий изменения объема газа с изменением давления. Совместно с Гуком Бойль заложил основы современной химии, систематизировав и подвергнув критике накопленные до них данные алхимиков, металлургов и медиков. Гук также установил клеточное строение тканей, ввел термин «клетка», уподобил дыхание сгоранию.
