Дмитрий Александрович Фёдоров
Природа боится пустоты
Чем на самом деле являлась греческая натурфилософия
На самом деле современному читателю будет не так-то просто понять, каким образом подобное учение могло в буквальном смысле слова противопоставляться атомизму, что лишний раз показывает – насколько же отличаются современные и античные взгляды на саму проблематику структуры вещества. Уже поэтому следует с крайней осторожностью проводить аналогии между греческой натурфилософией и современной наукой, и тем более – не делать поспешных выводов. И причина тут не в том, что рассуждения эллинов в чём-то (или даже во всем) неверны, ведь, в конце концов, каждый может ошибаться. Куда более важно то, что античные мыслители даже не пытались хоть как-то проверить и подтвердить свои физические концепции. Считалось вполне достаточным, что излагаемая теория объясняет известные бытовые факты. Даже у Демокрита мы не встречаем никаких реальных доказательств того, что вещество действительно состоит из атомов. Математические законы Платона выводились из соображений красоты и гармонии, которые казались ему обязательными условиями существования мира. Очевидно, что закон превращения воды в воздух и огонь не подтвердится на практике, однако никто и не пытался его проверять: изначально он был признан верным из-за математической красоты, а позже – из-за древности и авторитета автора. Сам же Платон прямо писал, что примет любую иную теорию, если сочтет ее прекраснее своей.
Часто говорят, что греки не делали из своих теорий проверяемых выводов, а потому их натурфилософские рассуждения, якобы, и нельзя считать наукой. Но это не совсем так. Проверяемых выводов в античных текстах делается предостаточно. Просто никто не считал нужным действительно что-либо проверять, предпочитая переспорить оппонента на словах, но не на деле. Если же все-таки получалось (обычно не специально) установить, что какое-то учение противоречит фактам, то его последователи задним числом измышляли любые словесные объяснения, доказывающие, что никакого противоречия нет. Сегодня мы понимаем, что это порочный принцип, который никогда не приводит к истине, но наша убежденность опирается на то, что нам известен действительно работающий проверенный метод – наука. Античные мыслители, напротив, не имели иных примеров постижения мира, кроме мифа и религиозной поэзии, поэтому и старались создать им на замену нечто, являющее собой совокупность истины, красоты и блага, которое сможет убедить других людей само по себе, одними лишь словами. Ксенофан, Парменид и Эмпедокл в буквальном смысле писали поэмы (традиция писать философские трактаты стихами сохранится на долгие века), а проза Гераклита, Демокрита или Платона всегда вызывала восхищение своим литературным стилем и поэтичностью.
В связи с этим имеются основания сомневаться, что Платон действительно полагал, будто бы по-настоящему знает о произошедшей тысячелетия назад гибели Атлантиды. В его текстах строгое перечисление фактов неотделимо от гипотез, поучений, фантазий и мистификаций, но, вероятно, современники прекрасно понимали, что он не намеревается говорить обо всем буквально. С другой стороны статус мудреца автоматически делал каждое его слово заслуживающим внимания. В боле поздние времена (по рассмотренным выше социальным причинам) возобладало именно влияние фактора авторитетности (а не нацеленности на дискуссию), и отдельные попытки сформировать более рациональный миф (альтернативный гомеровскому эпосу, который не объяснял вообще ничего, кроме притязаний старой аристократии на власть) были взяты за основу рационального взгляда на природу. Изначально первые греческие философы считали свои суждения скорее религиозной истинной, но позже неочищенные натурфилософские рассуждения стали восприниматься уже как настоящие физические теории, которые не нуждаются в каких-то дополнительных доказательствах, кроме убедительного литературного стиля, ведь истинность сказанного обоснована величием и древностью автора.
Иными словами, когда Платон спорил с Демокритом, то борьба шла не только между ними, а за то, чьё учение придет на смену Гомеру. Поскольку олимпийская религия описывала все, начиная с сотворения вселенной, то натурфилософам приходилось создавать нечто не менее масштабное. Когда спустя некоторое время у эллинов наконец-то возникло настоящее желание рационально осмыслить природу, то они просто посмотрели на то, что говорили древние, и нашли готовые ответы. Проверять почерпнутые знания никто особо не стремился, поскольку насущная потребность в этом в любом случае отсутствовала.
Общая характеристика античных воззрений на изучение природы
Хорошей иллюстрацией к сказанному может служить развитие механики, которая уже в рассматриваемый период приобрела облик вполне солидной научной дисциплины. Причем, хоть мы и не встречаем даже отрывков механических произведений в Греции ранее IV-III веков до нашей эры, но уже первые сохранившиеся сочинения имеют структурированный вид и четкую устоявшуюся терминологию. Это говорит о богатой традиции, которая эллины частично переняли в готовом виде из Египта и Вавилона, а частично развили собственными силами. Основы теории рычага в общих чертах были сформулированы уже на древнем Востоке, но строгий математический вид, несомненно, приобрели стараниями греков. На этом фундаменте античная мысль пыталась понять и свести все технические принципы и процессы к единым теоретическим основаниям, придав им четкую геометрическую форму.
Эллинское общество, однако же, не выдвигало запроса на изучение техники как таковое. Основу своего успеха жители богатых рабовладельческих полисов связывали в первую очередь с крепким и разумным политическим устройством. Те греки, у которых имелось время и средства на интеллектуальный досуг, видели в используемых рабами и ремесленниками приспособлениях не источник дохода и власти, а просто лишь часть внешнего мира: чуждую благородного человека, но, тем не менее, требующую своего осмысления наравне с прочими явлениями. В таких условиях механика хоть и развивалась на реальном техническом материале, но не могла все же стать самостоятельной технической дисциплиной, а формировалась в русле общей философской картины мира, соответствующей социальному устройству общества. Практическая проверка результатов воспринималась как необязательное развлечение, а споры между различными школами носили в первую очередь метафизический характер и никогда не опускались до реального строгого эксперимента (который был на удивление хорошо известен эллинам и свободно применялся там, где они действительно желали иметь точный результат).
В этом смысле античная механика была разделена на три отдельных независимых и никак не связанных между собой области знания, которые объединятся в единую науку лишь к XVII веку. Определяемая техническими запросами статика представляла собой вполне солидную даже по сегодняшним меркам техническую дисциплину и занималась законами равновесия и вопросами выигрыша в силе или скорости, которую дают различные механизмы. Кинематика развивалась в основном силами греческих, а позже эллинистических астрономов, которые добились выдающихся результатов в описании непосредственных движений небесных тел. Динамика же, как учение о движении, являлась фундаментальной проблемой философии, а потому оставалась в основном качественной теорией, использующей для объяснения движения не математику, а повседневный опыт, аналогии, сравнения и метафоры.
Одновременно с этим необходимо сразу обозначить два принципиально различных взгляда на движение, которые с самого начала сформировались в греческой мысли. Так, согласно атомистам не существует ничего, кроме материи, нет никаких внешних сил по отношению к ней, а потому она сама является причиной своего движения в пустоте. Иная точка зрения заключалась в том, что сама по себе материя способна лишь оставаться в покое, а ее движение объясняется влиянием неких фундаментальных внешних воздействий (например, любви и вражды), возможность же существования пустоты полагалась весьма сомнительной.
Сегодня тоже можно вполне обоснованно заявлять, что некоторые исторические, экономические или даже биологические научные работы несут на себе отпечаток политических и социальных взглядов своих авторов, но для математики и механики подобное, пожалуй, невозможно. В самом деле – эти области знания опираются на строгую логику, а также бесспорно установленные объективные факты, отрицать которые не может ни один разумный человек. В эпоху античности, однако же, фактические основания науки были ещё скудны, а потому весь каркас механики создавался на весьма произвольных гипотезах, которые чаще всего исходили именно из классовой точки зрения того либо иного философа. И действительно, мы уже видели, что греческая наука являла собой настоящую арену борьбы между двумя математическими системами, одна из которых подкрепляла идеологию аристократов-землевладельцев, а другая – городскую демократию торгового и ремесленного класса. Точно такую же картину мы наблюдаем и в области механических воззрений, которые тогда в целом практически не отделялись от геометрии. Если Аристотель и его сторонники строили механику, желая доказать совершенство и гармонию существующего порядка, то Демокрит был свободен от подобных установок и старался создать физическую картину мир, не опираясь на заведомо благие божественные цели или рассуждения об априорной красоте Космоса. Поскольку в результате идеологической и прямой политической борьбы верх одержала идеалистическая концепция Платона-Аристотеля, а материалистическая система атомистов подверглась гонению и осуждению, то от нее до наших дней сохранились лишь отдельные скудные тезисы.
Впрочем, даже в римские времена любой желающий мог (хоть и не без труда) ознакомиться с текстами Демокрита и его последователей (которые, кстати, вовсе не составляли единого непротиворечивого собрания), то есть работы атомистов имели хождение, просто были мало распространены. Во многих сохранившихся поздних античных справочниках и энциклопедиях спокойно сосуществуют различные точки зрения на ту или иную проблему, причем точка зрения Аристотеля не всегда объявляется там предпочтительной по сравнению с атомистическим объяснением. Лишь события связанные с закатом Римской Империи, а также последовавшие христианские и мусульманские гонения на языческую мудрость привели к тому, что число доступных в Европе и на ближнем Востоке греческих рукописей стремительно уменьшилось. Сохранить удалось лишь немногое самое распространенное– то есть именно Аристотеля и Платона (тоже не целиком).
Ниже мы сперва приведем краткий обзор атомистической физики, не делая при этом чересчур смелых предположений и выводов, а затем перейдем к считающейся общепризнанной классической античной динамике Аристотеля, которая в некоторых аспектах явно уступала учению Демокрита, но зато в других являлась более последовательной и цельной.
Атомистическая физика Демокрита
Необходимо сразу оговориться в том смысле, что никаких работ по механике Демокрит не писал, а его физические взгляды можно выделить лишь косвенно из отдельных высказываний об устройстве природы и вселенной. Общий стиль изложения при этом скорее напоминает беседу с друзьями и соратниками, но никак не строгий технический текст. В основу всей атомистической физики кладется принцип «не более такое, чем такое» или же, современным языком, закон симметрии, гласящий, что если нет оснований для того, чтобы явление природы, протекало каким-то одним конкретным способом, а не иными отличными, то оно существует одновременно во всех видах. Данное основание при всей своей абстрактности послужило основой для весьма далеко идущих выводов.
Начать, пожалуй, следует с того, что Демокрит считал число миров бесконечным, доказывая это тем, что в бескрайнем космосе материя должна присутствовать повсюду, поскольку у нее нет причин находиться в одном месте и отсутствовать в других. Изначально Вселенная была относительно равномерно заполнена атомами любых форм и размеров, движущимися с различными скоростями во всех возможных направлениях. В самом деле, нет оснований предпочесть какие-то формы, размеры и скорости другим, равно как нет причин выделять в бесконечном пространстве конкретные направления, например «верх или «низ», чтобы материя с необходимостью двигалась именно вдоль них.
Вопрос о причинах изначального движения Демокрит считал методически ошибочным, полагая, что вечная субстанция не нуждается ни в каких объяснениях. Причины, то есть – начала или основания, требуются лишь для изменений, и, таким образом, любое движение сохраняется в неизменном виде, пока не будет нарушено насильственно. Реальные предметы непросто сдвинуть с места, поскольку необходимо преодолеть трение, сопротивление окружающей среды и притяжение, тогда как при их отсутствии нам оказалось бы достаточно приложить минимальный «атом силы». Поэтому же вращение небесных тел вокруг Земли будет продолжаться до тех пор, пока наш мир не столкнется с каким-то другим. Без сомнений мы видим тут прототип первого закона Ньютона, который, правда, был распространен не только на прямолинейное, но и на круговое движение.
Однородные атомы, то есть имеющие одинаковую форму, притягиваются друг к другу, но при этом между ними всегда должно оставаться некоторое количество пустоты, поэтому при слишком сильном сближении притяжение сменяется отталкиванием. Таким образом, абсолютные соприкосновения невозможны. Тезис, что взаимодействовать между собой могут лишь атомы одного и того же вида, Демокрит доказывал весьма наивными аналогиями, утверждая, что и животные соединяются в стаи из одинаковых особей; и зерна при просеивании ситом разделяются отдельно: чечевица с чечевицей, а ячмень с ячменем; и морские волны разделяют круглую гальку от продолговатой. Таким способом объяснялось существование больших масс однородных веществ. Впрочем, случайные столкновения возможны между любыми атомами.
Изначально все летящие в пространстве атомы имели лишь свое исконное устремление, однако, под действием притяжения они начали группироваться в отдельные сгустки материи. При этом комбинация множества первоначальных неупорядоченных движений с движениями, вызванными взаимными притяжениями, всегда дает вращение. Мы не знаем, какими аргументами здесь руководствовался Демокрит, и как он это доказывал.
Таким образом, все существующие миры представляют собой отдельные вращающиеся в пустоте вихри из множества атомов. Физическая сущность этих объектов не отличается от таковой у водоворотов в воде или воздухе (впрочем, эти явления природы греки не понимали и описывали весьма расплывчато, не отличая угловую скорость от линейной).
Поскольку все атомы, а, значит, и все тела имеют массу, то они всегда стремятся к центру вихря, как это наблюдается и в обычном водовороте. Различные тела, однако же, содержат разный объем пустоты, поэтому некоторые из них имеют больший удельный вес, а другие – меньший. По этой причине более тяжелые объекты, оказываясь в центре вихря, сталкиваются там с легкими и своей массой выдавливают их на периферию. Данное явление доказывалось ещё и так: если на площади происходит что-либо интересное, и собирается толпа, то всегда начинается ссора за лучшие места, и сильные оттесняют слабых. Если же места много, а атомов мало, то столкновения будут редки и процесс «выталкивания» не сможет себя проявить, ведь небольшое число людей всегда сможет спокойно гулять на открытом пространстве. Таким образом, Земля находится в центре нашего мира просто потому, что состоит из наиболее тяжелых атомов, а легкий огонь, хоть и стремится туда же, но выдавливается вверх более плотным воздухом. Вне вращательного движения у Демокрита фактически отсутствует явление тяжести.
Далее требовалось ответить, почему небесные тела, у которых, очевидно, имеется значительная масса, не падают на Землю. Этот факт Демокрит объясняет ростом скорости движения материи с увеличением расстояния от центра вращения. Если какой-либо космический объект, двигаясь в пустоте, приближается к нашему миру, то он подхватывается вращательной силой внешнего края вихря и стремление к движению по кругу оказывается большим, чем стремление к падению в центр. При этом светила расположены на разных расстояниях от Земли, а их скорость прямо пропорциональна этим расстояниям, чем и объясняется различная скорость движения планет относительно звезд (здесь мы видим, что Демокрит не различает линейную и угловую скорости). Положение каждого небесного тела зависит от его массы и определяется тем, где вращательное стремление окажется большим, чем тяжесть.
Тут имеет место достаточно сложный момент: Демокрит не говорит, что скорость вращения настолько больше скорости падения, что Луна и Солнце просто не успевают упасть, но утверждает лишь, что стремление к вращению берет верх над стремлением к падению. То есть скорости не складываются «векторно», но одна из них побеждает и полностью уничтожает другую. Разумеется, не приводилось никаких расчетов, которые могли бы подтвердить эти рассуждения, также не существовало хоть какой-нибудь связной теории вихря, да и о самом вращательно движении, как уже говорилось выше, греки имели смутное представление.
Впрочем, даже описанная выше сугубо качественная теория позволила Демокриту прийти к интересным выводам о законах движения в плотной среде. Чем меньше в теле пустоты между атомами, тем сильнее оно борется со средой при движении к центру вихря, тем стремительнее падает. И, наоборот, при движении вверх: чем менее плотна среда, тем труднее ей побороть тело, и тем медленнее оно станет взлетать. Таким образом, вводится понятие «устремление», которое характеризует способность тела с тем или иным удельным весом изменять свою скорость, двигаясь в среде. Данные рассуждения соответствуют тому, что происходит в природе.
Также Демокрит считал, что плоские тела могут плавать на воде даже будучи тяжелее нее. Дело в том, что снизу их подпирают несущиеся из воды вверх атомы огня. Для узких тел на единицу площади приходится больше массы, поэтому восходящим струям тепла оказывается не под силу их удержать. В воздухе же подобный эффект не наблюдается, поскольку в разреженной среде частицы огня начинают двигаться не только вверх, но и во все возможные стороны.
В заключении отметим еще одну, возможно, важнейшую, особенность физики Демокрита, а именно – атомистическую концепцию движения. Предполагалось, что пространство прерывно, и потому в каждый отдельный миг движущаяся частица неподвижна, а в следующий момент времени она оказывается в следующей точке пространства, вовсе не проходя промежуточных положений.
Атомизм и Аристотель
В нашем изложении атомистическая физика имеет достаточно стройную и наукообразную форму, однако же в реальности она таковой не была, поэтому не следует оценивать ее выше, чем она того заслуживает. Мы привели краткую упорядоченную выжимку из всех сохранившихся отрывков, которые уже в древности разъяснялись и комментировались по-разному, причем далеко не всегда было в точности понятно, что именно означают те или иные фразы на ионийском наречии – каждый переводил и разъяснял их в силу своего разумения, поскольку никакой единой терминологии не существовало. Если же говорить об учении Демокрита в целом, то оно являет собой причудливую смесь очеловечивания природы, отвлеченного философствования, литературных метафор и лишь небольшого числа действительно точных наблюдений или гипотез.
Древнее, хтоническое убеждение, будто между действующими силами всегда происходит борьба, и одна из них целиком уничтожает другие, закрывает всякие пути к понятию равнодействующей и, как следствие, к созданию хоть как-то работающей механической теории. Аналогичным образом и мнение, будто лишь одинаковые вещи способны влиять друг на друга, имеет корни в первобытных магических верованиях. Впрочем, в античности бытовало и противоположное суждение, мол, взаимодействовать способны лишь разнородные вещества. Приверженность этой симпатической магии долгие века заставляла философов выдумывать изощренные и нелепые объяснения наблюдаемым фактам.
Впрочем, несмотря на указанные оговорки, нужно признать, что о естественнонаучных вопросах Демокрит рассуждал лучше, чем все прочие философы античности. Основатель современной механики Галилей оценивал атомистическую физику чрезвычайно высоко и считался ее приверженцем. Однако сама школа Демокрита просуществовала недолго и почти не имела последователей, если, конечно, не считать эпикурейцев, которые в первую очередь говорили об этике, а науку полагали второстепенной. До наступления Нового времени общепризнанным авторитетом в вопросах описания природы являлся Аристотель: его влияние было столь огромно, что мы уделим ему немало времени, хоть современная наука и отвергла практически всё, что он говорил об устройстве мира.
Широта интересов Аристотеля поражает: он написал труды по метафизике и логике, этике и риторике, политики и эстетике, зоологии и сновидениям, астрономии и физике. Большинство его работ выглядит как заметки, сделанные в помощь учителю или лектору –
эти тексты определенно не создавались в качестве учебников, их язык краток и резок, аргументы сжаты, а изложение лишено всякой поэтичности. Читать всё это трудно и, честно сказать, неинтересно, разве что вы особый ценитель такого рода произведений. С другой стороны Аристотеля нельзя упрекнуть в глупости или сочинении басен – он пытается (не всегда успешно) обосновать свои слова логикой и фактами, а не интуицией или древними преданиями. По сравнению с другими греками он систематичен, хотя зачастую все равно пишет сразу обо всем, перемешивая отдельные мысли как ему вздумается – любой тезис Аристотеля обычно подкрепляют ссылками на несколько мест из различных книг.
Как мы помним, Демокрит имел иные политические убеждения, нежели Аристотель, что вынудило последнего опровергать атомизм по всем пунктам, даже и в области натурфилософии. Во времена, когда всё знание воспринималось некой единой мудростью, немыслимо было признать, что твой оппонент прав хоть в чем-то – это автоматически делало его правым во всём (как мы помним, соперники атомистов оспаривали даже их математические достижения). Сегодня уже невозможно установить, пришел ли Аристотель к своим физическим воззрениям самостоятельно, либо же исходил исключительно из необходимости опровергнуть атомистов, однако по большей части его концепция является откровенным шагом назад: складным и обманчиво логичным интеллектуальным тупиком, который определил (и затормозил) всё развитие механики вплоть до XVI века.
Система Аристотеля не была ни первой, ни единственной, но она в наибольшей мере отражала взгляды свободных состоятельных греков, которые в те времена только лишь и являлись потребителями философской продукции. Именно такие люди могли заплатить переписчику за копию интересного текста, а позднее они же стали работать в царских библиотеках, решая, какие тексты следует размножить и сохранить. Именно поэтому учение Аристотеля пользовалось столь исключительным влиянием – оно лучше прочих сохранялось в виде множества копий, но не из-за того, что нравилось большинству эллинов, а лишь потому, что нравилось тем немногим, кто вообще работал с текстами. В связи с этим дошедшие до нас источники трактуют греческие взгляды на механику в основном в перипатетическом ключе.