Итак, импетус пропорционален скорости движения и количеству материи тела. Сам по себе он постоянен: получив импетус, тело будет двигаться в среде без сопротивления с постоянной скоростью сколь угодно долго, и лишь под действием сопротивления внешней среды импетус постепенно будет рассеиваться и исчезать.
3.22. Импетус и закон инерции
Нет ничего удивительного, что в учении об импетусе, развитом в XIV в. в Парижской школе, историки науки увидели предвосхищение аналогичных концепций, развитых в механике нового времени. П. Дюэм, который первым принялся за разработку нетронутых пластов средневековой физики и механики, сразу обратил внимание на параллели между физическими учениями схоластов XIII—XIV вв. и механикой XVII в., в том числе между учением об импетусе у Буридана и принятым в механике нового времени законом инерции.
Можно ли, однако, заключить из этих параллелей, что механика нового времени явилась результатом последовательного развития идей, первоначально сформулированных средневековой физикой? Оказалось, что ответить на этот вопрос не так уж просто.
Мысль, что работы в этой области парижских номиналистов XIV в., вошедшие затем в университетские курсы, могли стать известны Галилею и через его творчество оказать влияние на формирование классической механики, весьма правдоподобна. Знакомство Галилея с учением об импетусе, независимо от того, из каких источников непосредственно черпал он свои сведения, явствует из его ранней работы «О движении» (De motu). Но что положения этого учения могли оказать влияние на собственные идеи Галилея, легшие в основание новой механики, это отнюдь не очевидно.
В работах видного французского историка науки А. Койре, посвященных истории формирования основных понятий механики XVII в., очень обстоятельно разобран, в частности, вопрос о том, насколько правомерна аналогия между развитым в XIV в. учением об импетусе и принципом инерции, который, хотя прямо и не сформулирован Галилеем, тем не менее лежит в основании его механики.
Как ни парадоксально это звучит, но радикальное отличие учения о движении, основанного на законе инерции, от средневекового учения об импетусе лучше всего усматривается как раз в том пункте, где более всего бросается в глаза их сходство. При отсутствии внешнего сопротивления, т. е. в предполагаемой пустоте, движение, вызываемое импетусом, не будет иметь конца; то же самое и в случае инерциального движения. Но ведь в том-то и дело, что средневековая физика предполагает наличие импетуса, т. е. причины, поддерживающей движение в пустоте, тогда как закон инерции утверждает, что такое движение продолжается само, причина же (сила) необходима лишь для того, чтобы произвести изменение движения. И движение с постоянной скоростью, и покой в механике нового времени — равно естественные состояния тела, тогда как в средневековой физике лишь состояние покоя выделено как «естественное», т. е. не требующее для своего поддержания никакой причины. Инерциальное движение является не следствием некого импетуса или импульса, а, наоборот, причиной наличия импульса у движущегося тела, причем импульса, определенного так же, как импетус у Буридана. Разница в том, что определяет и что является определяемым.
Такое же, по сути дела, смысловое различие между средневековым учением об импетусе и механикой нового времени констатирует и А. Майер. Анализируя в своей работе «Метафизические основания позднесхола-стической натурфилософии» дискуссии XIII—XIV вв., в которых вырабатывались понятия для осмысления силовой и энергетической характеристик двигателя, она указывает на наличие в буридановом понятии импетуса предметного содержания, аналогичного «кинетической энергии» позднейшей физики. Но существует и фундаментальное отличие. «Кинетическая энергия современной механики есть следствие движения, которое сохраняется само собой, без воздействия внешней силы, а импетус у схоластов есть причина motu separatu…» [128, 2681.
В трудах историков науки детально прослежена предыстория учения об импетусе. В сочинении «Физический мир поздней античности» С. Самбурского [148] разобрана критика аристотелевского объяснения движения брошенного тела у комментатора VI в. Иоанна Филопона, который, как мы увидим ниже, предложил собственное объяснение, опираясь на идею запечатленной способности, очень сходную с гипотезой Буридана об импетусе. Анализ аналогичных идей у арабских мыслителей дан в статьях С. Пинеса [143; 144; 134, 442—468], эти вопросы рассмотрены и в книге М. М. Рожанской «Механика на средневековом Востоке» [53]. В фундаментальном исследовании М. Кладжета «Наука механики в средние века» [82] прослежена вся история средневековой идеи запечатленной способности от Филопона до Буридана и даже до Галилея.
Однако повествуя о том, как формировалось понятие импетуса, никто из историков науки, насколько нам известно, не задался вопросом, который напрашивается сам собой. Если, как утверждает А. Койре, аристотелевская физика опровергается таким обыденным, ежедневно повторяющимся фактом, как бросание тел[72], то почему, несмотря на то что критики, начиная с Иоанна Филопона, отмечали это и предлагали пути для удовлетворительного решения, аристотелевская физика тем не менее находила себе сторонников и защитников, среди которых такие проницательные мыслители, как Фома Аквинский, и такие приверженцы опытного знания, как Роджер Бэкон? Этот вопрос, на наш взгляд, заслуживает специального рассмотрения, но чтобы на него ответить, необходимо более детально ознакомиться с историей формирования «импетус-гипотезы».
3.23. Первая формулировка «импетус-гипотезы»
Впервые понятие-аналог импетуса было выдвинуто греческим астрономом Гиппархом (II в. до н. э.). Рассматривая движение тяжелого тела, брошенного вертикально вверх, он объяснял его следующим образом. От бросающего телу передается запас «бросающей силы», которая противодействует тяжести (стремлению тела к естественному месту). Пока «бросающая сила» превосходит тяжесть, тело движется замедленно вверх, останавливается, когда они равны, и начинает двигаться ускоренно вниз, — тяжесть больше бросающей силы, — достигая максимальной скорости у своего естественного места, когда весь запас противодействующей силы уже истрачен. Наличие подобного рода силы, способной противодействовать естественному движению, Гиппарх предполагал во всех телах, находящихся не в своем естественном месте, хотя в них эта сила выступала в качестве потенциальной.
В VI в. христианский комментатор Аристотеля Иоанн Филопон предложил объяснять движение брошенного тела, точнее, возможность продолжения этого движения, когда тело отделяется от двигателя, посредством некоей запечатленной в движимом теле «бестелесной движущей способности». Но вплоть до Буридана господствующим в физике средневековья продолжало оставаться аристотелевское решение проблемы. Рассмотрим его более подробно.
Двигатель, приводя в движение тело, приводит в движение и соседний с ним воздух. В воздухе же, в силу того что он есть сплошная среда, движение распространяется подобно волне на воде: ближайший к двигателю воздух приводит в движение соседний и т. д. Когда движущееся тело утрачивает контакт с двигателем, его движение поддерживается этим движущимся, как бы слой за слоем, воздухом, который и является в этом случае двигателем. Принятие воздуха в качестве промежуточного двигателя, подталкивающего тело, необходимо Аристотелю потому, что насильственное движение (а именно таким всегда является метательное движение) требует непосредственного контакта двигателя и движимого, насильственное движение невозможно без такого прямого контакта. Но функционировать такого рода промежуточный двигатель может, очевидно, только в условиях сплошного, непрерывного космоса. Об этой исходной предпосылке аристотелевского учения о движении—представлении о сплошном космосе — нельзя забывать и в том случае, когда анализируется вторая модель движения брошенного тела, обсуждаемая в «Физике», которая основана на механизме антиперистасиса (обратного, или взаимного, кругового давления, в переводе па русский язык)[73].
72
В статье «Галилей и Платон» Койре пишет: «Таким образом, аристотелианская физика представляет собой превосходную, совершенно связную теорию, которая, по правде сказать, имеет один-единственный изъян (помимо того, что ложна): то, что она противоречит ежедневной практике, практике бросания» [115, 261].
73
Вот как описывает это явление И. Д. Рожанский в примечаниях к «Физике» Аристотеля. «Взаимное круговое давление — antipenstasis — происходит, по мнению Аристотеля, в воздухе или воде, когда движущееся тело толкает находящуюся перед ним среду, и этот толчок, распространяясь как бы по кругу, в конце концов возвращается к исходному телу, но уже с обратной стороны. С помощью такого кругового движения Аристотель считал возможным объяснить полет брошенного тела, когда оно продолжает двигаться в воздухе, уже не находясь в соприкосновении с агентом, вызвавшим его движение» [7, 3, 567].