Галилей также хотел изготовить объект, который полностью погрузится в воду, но не утонет, – объект с такой же удельной массой, как вода. Он взял воск, добавил в него железо и придал смеси форму шара: при правильном соотношении ингредиентов шар плавал под поверхностью воды. В этом случае, писал Галилей в черновике, согласно закону Архимеда, объем и вес вытесненной воды должны были соответствовать объему и весу шара – но этого не наблюдалось. Галилей повторял свою прежнюю ошибку.
На этом этапе он понял: что-то не так. Галилей вернулся к своему старому мысленному эксперименту и приступил к тщательной проверке, на этот раз с помощью реальных чанов, брусков дерева и мрамора. Он опускал один и тот же деревянный брусок и один и тот же брусок мрамора в три разных чана, в результате чего нашел математическую формулу для определения уровня, на который поднимается вода в чане при опускании туда бруска. Когда он разобрался с вопросом вытеснения воды в терминах объема, легко было сделать следующий шаг и понять, что происходит с весом{689}. Теперь Галилей понимал, что если погрузить в воду лишь часть мраморного бруска, то он вытесняет объем воды, равный только объему той части бруска, которая находится ниже первоначального уровня воды. Следовательно, брусок дерева, плавающий в чане, вытесняет меньше собственного веса в воде. Согласно закону Архимеда, если бы вода заняла объем той части бруска, которая находится под водой, ее вес равнялся бы весу всего бруска. Закон Архимеда нарушается.
Галилей подтверждал свою новую теорию простым экспериментом{690}. Он брал маленький прямоугольный сосуд и клал в него брусок дерева, практически совпадающий размером с сосудом. Затем наливал воду в сосуд до тех пор, пока дерево не всплывет. Он пытался показать – и это ему удалось, – что отношение глубины воды к общей высоте бруска равно отношению весов равных объемов дерева и воды. Но своим опытом он демонстрировал еще одно, причем очень странное следствие своего открытия: можно сделать так, что очень большой и тяжелый предмет будет плавать в очень маленьком количестве воды. И действительно, количество воды в сосуде может весить меньше, чем брусок дерева, которое оно поднимает, – по закону Архимеда в его традиционном толковании, это невозможно. (Вы сами можете проделать этот опыт, налив немного воды в ведерко со льдом для охлаждения вина, так что бутылка вина будет плавать.)
Теперь Галилей окончательно убедился, что когда вы помещаете брусок дерева в сосуд и уровень воды в сосуде поднимается, то объем вытесненной воды соответствует только той части бруска, которая находится ниже старого уровня, что значительно меньше, чем пространство, занимаемое частью бруска под новым, более высоким уровнем. Чем ближе размеры сосуда и бруска, тем значительнее проявляется этот эффект, потому что вода не вытесняется бруском в стороны (как при безбрежной жидкости), а поднимается. Галилей установил, что в ограниченном сосуде соотношение между весом плавающего предмета и весом вытесненной им воды соответствует не равновесию весов, а равновесию рычага. Закон Архимеда не универсален – это предельный случай. Сам того не желая, Галилей изобрел гидравлический пресс[227].
Галилей опубликовал эти результаты в 1612 г., и они вызвали краткие, но яростные споры, впрочем оставшиеся не замеченными за пределами Италии. Философов это не убедило, и они продолжали придерживаться прежних взглядов, а математики просто не заинтересовались – в их понимании это была не математика. Довольно долго, примерно десять лет, Галилей был экспериментатором – фактически после того, как он прочел трактат Уильяма Гильберта «О магните». Но это была его первая публикация результатов экспериментов. Гильберт и Галилей развивали новый тип науки, основанный на систематическом экспериментировании. Но лишь немногие обратили на это внимание.
§ 3В идее проверки теории не было ничего нового; очень легко показать, что Галилей и Гален проводили эксперименты, а «Оптика» первого великого ученого-экспериментатора, Ибн аль-Хайсама (965 – ок. 1040), была переведена на латинский язык в 1230 г. (именно тогда на Западе его стали называть Альхазеном)[228]{691}. Вскоре этот трактат широко распространился в рукописях, а в печатном виде он появился в 1572 г. Загадка в том, почему примеру Ибн аль-Хайсама не последовали многие, поскольку переоценить его достижения было невозможно. Используя чисто экспериментальный метод, он отверг общепризнанную эмиссионную теорию зрения (мы видим благодаря лучам, исходящим из глаза) и выдвинул теорию отражения (мы видим благодаря лучам, испускаемым другими объектами). Он первым полностью сформулировал закон отражения, изучал рефракцию, изготовил первую камеру-обскуру; он далеко продвинулся в понимании физиологии глаза (хотя и не смог понять, что хрусталик проецирует на сетчатку на задней стенке глаза перевернутое изображение); он заложил теоретические основы науки об искусственной перспективе. Средневековая оптика во многом опиралась на его труды, и до Гильберта он, вне всякого сомнения, был самым ярким примером ученого-экспериментатора[229].
Если Ибн аль-Хайсам предлагал множество реальных экспериментов, то средневековая философия, изобиловавшая мысленными экспериментами, пришла к выводу о необходимости проверять следствия теорий{692}. Что произойдет, например, если пробурить туннель через центр Земли, а затем бросить в него какой-либо предмет? Остановится ли он, достигнув центра, к которому естественным образом стремится? Или полетит дальше? А может, будет совершать колебательные движения в окрестностях центра, пока не остановится? Совершенно очевидно, что этот мысленный эксперимент невозможно реализовать на практике (и никто не пытался использовать маятник в качестве замены)[230], но зачастую эксперименты описаны таким образом, что трудно сделать вывод, можно ли их выполнить или нет, и это оставалось справедливым и в XVII в. Бойль жаловался, что Паскаль описал эксперименты (под водой, на глубине 20 футов), которые не мог выполнить, и современные историки выдвигают такие же обвинения против Галилея (хотя, следует отметить, почти всегда ложные){693}.
Таким образом, вопрос не в том, существовала ли экспериментальная наука до начала научной революции, поскольку примеры ее существования найти нетрудно, а в том, почему ее было так мало, учитывая пример Ибн аль-Хайсама и изобилие мысленных экспериментов. Можно назвать несколько причин.
Во-первых, эксперименты требовали ручного труда. Хоть и утверждают, что в христианскую эпоху, в частности благодаря монастырским традициям, труд ценился выше, чем в Древнем мире, в средневековой и ренессансной культуре сохранялось пренебрежительное отношение к физическому труду. Первые экспериментаторы с удовольствием делали что-то руками. Говорят, ребенком Галилей любил изготавливать маленькие механизмы (о Ньютоне нам это точно известно){694}, а Торричелли был искусным механиком. Экспериментирование было практическим делом.
Во-вторых, преобладание натурфилософии Аристотеля в средневековых университетах привело к двойному запрету на эксперименты. Дело в том, что в тех случаях, когда Аристотель подробно рассматривал какой-либо вопрос, априори считалось, что адекватное знание уже существует (одна из причин, по которой оптика могла развиваться как теоретическая дисциплина, заключается в том, что ее изучал Евклид, а не Аристотель). Кроме того, последователи Аристотеля настаивали, что высшей формой знания является дедуктивное, или силлогическое, знание.
Средневековые философы, в частности Роберт Гроссетест (ок. 1175–1253), разработали довольно сложную систему перехода от опыта к теоретическому обобщению, после чего теоретическое обобщение применялось для дедукции фактов (или, скорее, явлений). Но главное – эта процедура использовалась только в отсутствие очевидных основных принципов, от которых следовало отталкиваться, и она считалась (совершенно обоснованно) полностью совместимой с Аристотелевым пониманием научного знания. Так, например, Гроссетест утверждал, что основные принципы позволяют нам сделать вывод о том, что все движение на небе круговое (если бы движение не было круговым, между небесными сферами образовалось бы пустое пространство, а это невозможно, поскольку природа не терпит пустоты), но не позволяют определить форму Земли. Следовательно, этот пробел необходимо заполнить, опираясь на опыт, и опыт предоставляет убедительные доказательства (например, затмения в начале дня видны на востоке, а в конце дня на западе,
