В теории Галилей действует инженерным путем, тем, которым действовал Архимед на практике, не допуская его в науку. В этой связи Галилей отмечал: "Выводы последнего (Архимеда - Н. М.) я постараюсь подтвердить иными методами и иными средствами…". Здесь речь идет об инженерно организованном опыте, эксперименте с сосудами из воска и с зернышками свинца. Описывая опыт, являющийся равноценным инженерному рецепту и поэтому технически воспроизводимый, Галилей указывал: "Кто хочет произвести подобный опыт с другим удобным материалом, легко принимающим любую форму, может взять чистого воска и сделать из него шарик или другую плотную фигуру и затем прибавить к воску свинца в таком количестве, чтобы эти фигуры с трудом тонули, т.е. чтобы свинца на одно зернышко менее было бы уже недостаточно для их погружения. Придав тому же воску форму сосуда и наполнив его водою, найдем, что без свинца он не пойдет ко дну, а со свинцом опустится с медленностью; в общем, налитая вода не внесет никакого изменения". В результате он заключает: "…доктрина Архимеда истинна, т.к. вполне согласуется с опытами…".
Присутствие такой аргументации в теории Архимеду даже в голову не могло прийти. У Галилея же она, несомненно, навеяна его техническими занятиями. Задача Галилея-ученого - создание строгой понятийной системы, но Галилей, вместе с тем, ученый, который создает язык инженера, его понятийные средства. Как ученый, задавшись вопросом: "Почему в проливах течение быстрее, чем на открытых местах?", Галилей ищет на него ответ, проводя также наблюдение за функционированием таких инженерных сооружений, как каналы, но преследует при этом чисто научные цели. Он пытается "понять причину сильных течений, возникающих в узком проливе", и в конечном счете доказать вращение Земли, перенося полученные при наблюдении искусственных сооружений выводы, на природные процессы.
Галилей использует искусственные средства познания прежде всего как ученый-естествоиспытатель. Он не просто разрабатывает более строгие научные понятия, но и "конструирует" особую идеализированную плоскость рассуждения, идеализированный мысленный эксперимент, как "проект" реального эксперимента, особое идеализированное представление природных объектов, которое затем может быть практически реализовано в эксперименте с помощью устранения побочных явлений.
Таким образом, естественнонаучный эксперимент позволяет ученому проверить достоверность логически удовлетворительно построенной теоретической схемы, объясняющей и предсказывающей ход развития того или иного природного процесса. Используемые при этом научные приборы и инструменты являются искусственными средствами познания естественного процесса, воссозданного инженерным путем в экспериментальных условиях, устраняющих побочные явления. Искусственные средства познания позволяют воспроизводить природный процесс в наиболее "чистом виде", отвлекаясь от его второстепенных черт.
Следовательно, в исследовании научно-экспериментальной деятельности Галилея мы выявили специфические черты экспериментальной науки Нового времени, выражающейся в инженерно-техническом конструировании и изготовлении искусственного средства познания, применяемого для проверки достоверности теоретического знания. С научно-экспериментальной деятельностью Галилея связано изобретение таких искусственных средств познания, как телескопы различных конструкций, которыми, в значительной степени, обусловлен прогресс в развитии экспериментальных исследований в оптике. Создание оптических приборов имело целью обеспечить наблюдение, измерение, контроль, регистрацию и др. виды операций, используемых в экспериментальной деятельности ученого.
Свой первый телескоп, состоящий из двух линз (положительной и отрицательной), Галилей создает на основании дошедших до него сведений об изобретенной в Голландии зрительной трубе. Сам Галилей так описывает в "Звездном Вестнике" свое изобретение: "Месяцев десять тому назад дошел до наших ушей слух, что некий бельгиец построил перспективу, при помощи коей видимые предметы, далеко расположенные от глаз, становятся отчетливо различимыми, как будто они были близкими. Сообщалось об опытах с этим удивительным прибором, одни их подтверждали, другие отрицали. Несколько дней спустя это было подтверждено мне в письме…из Парижа. Это и было просьбой, с которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного инструмента. Вскоре после сего, опираясь на учение о преломлениях, я постиг дело и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах коей я поместил два очковых стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло было выпуклосферическим, другое же вогнутым, Помещая за сим глаз у вогнутого стекла, я видел предметы достаточно большими и близкими, именно они казались в три раза ближе и в десять раз больше, чем при рассматривании естественным глазом. После сего я разработал более точную трубу, которая представляла предметы увеличенными больше чем в 60 раз. За сим, не жалея никакого труда и никаких средств, я достиг того, что построил себе орган, настолько превосходный, что вещи казались через него при взгляде почти в тысячу раз крупнее и более чем в тридцать раз приближенными, чем при рассматривании с помощью естественных способностей.".
Зрительные трубы впервые были созданы голландскими мастерами-оптиками. Однако, будучи еще несовершенными, они имели отрицательные отзывы о возможности их использования. Галилей признавал приоритет голландских мастеров, но указывал на то, что "фламандская перспектива" была результатом традиционного для ремесленной технической деятельности метода проб и ошибок. Телескоп же, изобретенный ученым, был результатом сознательного применения уже открытых и известных к началу ХУ11в. научных знаний в оптике и предстал таким искусственным средством познания, которое позволило в корне изменить все имевшиеся к тому времени представления о Вселенной.
Галилею стало ясно, что голландский изобретатель телескопа был простым мастером, изготовлявшим обыкновенные очки. Случайно перебирая стекла разных сортов, он взглянул сразу через два стекла - одно выпуклое, другое вогнутое - находившиеся на разных расстояниях от глаза, и при этом увидел и наблюдал возникший эффект и, таким образом, открыл оптический инструмент. "Я же, - подчеркивал Галилей, - движимый вышеупомянутым известием, нашел инструмент путем рассуждения" [8, c.61]. Следовательно, предпосылками инженерного изобретения Галилеем искусственного средства познания Вселенной, явились его рассуждения, построенные на основании известных теоретических знаний оптики. "Рассуждение мое, - писал Галилей, - было таким: это сооружение состоит или из одного стекла, или более чем из одного. Оно не может состоять только из одного. Фигура стекла или выпуклая, т.е. толстая в середине, чем к краям, или вогнутая, т.е. более тонкая в середине, или же ограничена параллельными поверхностями; какое стекло совсем не изменяет видимых предметов увеличением или уменьшением, вогнутое их уменьшает, а выпуклое их значительно увеличивает, показывает очень неотчетливыми и искаженными. Посему одного стекла недостаточно для получения эффекта. Я перешел затем к двум стеклам и, зная, что стекло с параллельными поверхностями ничего не изменяет, как сказано, заключил, что эффект не может также произойти от сочетания его с каким-нибудь из двух остальных. Посему я захотел испытать, что получается из соединения двух остальных, т.е. выпуклого и вогнутого, и увидел, что при этом искомое получается. Таков ход моего открытия." [8, c. 19-20].
Эти рассуждения приводят к последующему решению инженерной задачи, где предварительно заданы технические требования к искусственному средству, создаваемому вначале инженерным способом, а затем получившему техническое изготовление в соответствии с этими требованиями. Галилей в "Звездном Вестнике" в марте 1610 г. сообщил, что за два месяца астрономических наблюдений, производимых с помощью изготовленного им телескопа, он открыл неровности поверхности Луны, четыре спутника Юпитера, установил, что Млечный путь представляет собой скопление звезд [9, c.42].
Если телескоп Галилея позволял проводить астрономические наблюдения, то благодаря его усовершенствованию, произведенному Кеплером, появилась возможность проведения измерений с помощью телескопа. В своей "Диоптрике" Кеплер объяснил принцип действия телескопа. Там же ученый предложил тип телескопа, отличный от телескопа Галилея. Вогнутую окулярную линзу он заменил выпуклой, благодаря чему поле зрения телескопа увеличилось. Указал он и на то, что диаметр объектива должен быть всегда больше диаметра окулярной линзы, в противном случае надо диафрагмировать окуляр. Кеплеру принадлежит еще ряд предложений относительно конструкций различных телескопов, называемых в то время зрительными трубами. По идее Кеплера была построена патером Шейнером зрительная труба, которая постепенно вытеснила из употребления для астрономических наблюдений трубу Галилея. Зрительная труба Кеплера обладала еще одним достоинством: в отличие от телескопа Галилея она давала действительное изображение, позволяющее применить крест нитей и окулярный микрометр, благодаря чему стало возможно проведение измерений с помощью телескопа [9, c.43].
Совершенствование искусственных средств познания, используемых для изучения астрономических объектов, обусловлено такими конструктивными изменениями телескопа, когда при изготовлении объектива, вместо стекол стали использовать зеркала, что привело к появлению отражательного телескопа. В этом плане привлекательна судьба предложения известного английского математика Джеймса Грегори. Неудобство работы с длинными зрительными трубами, а также плохое качество стекол побудили ученого обратиться к телескопу с зеркалом. Чтобы избежать влияния сферической аберрации, Грегори предложил применить вместо сферического зеркала (рефлектора) - параболическое зеркало. Но и рефлектор, в представлении ученого, имеет недостатки, в сравнении с рефрактором - он уступает, если выражаться современной терминологией, в светосиле из-за многочисленных отражений. Выход Грегори увидел в сочетании зеркал и линз, и в этом - новизна и оригинальность его предложения [9, c.44]. Однако осуществить свой проект Грегори не удалось по причине сложности изготовления параболического зеркала требуемого качества. Для ученого это обстоятельство оказалось решающим, своим телескопом он больше не занимался. Вспомнил он о нем только тогда, когда узнал о телескопе, построенном Ньютоном.
Еще в студенческие годы, занимаясь астрономическими наблюдениями звездного неба Ньютон знакомится с "Диоптрикой" Декарта, написанной как руководство для оптиков-практикантов. В согласии с рекомендациями Декарта Ньютон строит станок для шлифования линз, пытается придавать им не только сферическую, но и более сложную форму.
Эксперименты с призмой привели Ньютона к открытию неодинаковой преломляемости лучей различного цвета и, как результат, - к пониманию того, что не столько сферическая аберрация, но и, в первую очередь, хроматизм изображения является главным препятствием на пути улучшения качества телескопов. Более того, результаты опытов с призмами убедили Ньютона если не в принципиальной, то, во всяком случае, в практической невозможности избавиться от хроматизма изображения с помощью линзовых систем. При отражении же, как проверил Ньютон, дисперсии не наблюдается [9, c.45].
Итак, вопрос о постройке рефлектора предстал перед Ньютоном в совершенно новом свете. К этому времени ученый был уже знаком с книгой Грегори "Высшая оптика". Создавая свой проект, Ньютон в значительной степени отталкивался от схемы Грегори. Однако эта схема не удовлетворяла Ньютона как по причине больших потерь при отражении света от малого вогнутого зеркала, чем от плоского, так и из-за ошибок, дополнительно вносимых вогнутым зеркалом, если ему только не придать гиперболическую форму, что практически было невозможно.
Ученый неоднократно утверждал, что причиной, побудившей его обратиться к постройке отражательного телескопа, явилась, обнаруженная им на опыте, неодинаковая преломляемость лучей разного цвета. Причем всегда из факта дисперсии света у него следует невозможность создать диоптрическую систему, которая бы позволяла хотя бы уменьшить вредное влияние хроматизма.
Сообщая впервые членам Королевского общества о своей новой теории света, Ньютон отмечает, что результаты его экспериментов свидетельствуют о том, что "свет состоит из лучей различной преломляемости", и продолжает: "Поняв это, я оставил мои работы со стеклом, ибо увидел, что усовершенствование телескопов ограничивалось до сих пор не столько отсутствием стекол правильной формы, соответствующей предписаниям оптических авторов…сколько тем, что свет является разнородной смесью лучей различной преломляемости…" [10, c.127].
Таким образом, создание экспериментальной ситуации и наблюдение в этих условиях за поведением, созданных инженерным способом, искусственных оптических средств познания привело Ньютона к формулировке теоретического положения о том, что свет состоит из лучей различной преломляемости. Отсюда вытекала и направленность его внимания на дальнейшее совершенствование телескопов, в частности, к созданию отражательного телескопа.
Таким образом, можно утверждать, что искусственное средство познания, используемое учеными Нового времени в экспериментальной ситуации выступает в роли искусственного объекта, в котором оказались стянутыми в тугой узел научная теория и инженерная практика.
экспериментальная наука новое время
Литература
1. Макеева Н.М. Познавательные функции искусственного средства первобытной эпохи // Материалы юбил. научн. конференции Токмокского технического ин-та (19-20 окт. 2001г.) - Бишкек, 2002. с.269-278.
2. Veltman K.N. Visualisation and Perspective // In: Leonardo e l,Eta della Region a cura di Eurico Bellone e Paolo Rossi. - Milano, 1982.
3. Эстетика Ренессанса. - М.: Искусство, 1981. - Т.2.
4. Горохов В.Г. Знать, чтобы делать (история инженерной профессии и ее роль в современной культуре). - М.: Знание, 1987.
5. Архимед. Соч. - М.: Физматгиз, 1962.
6. Галилей Галилео. Избр. Труды: В 2-х т. - М.: Наука, 1964. - Т.2.
7. Гуриков В.А. Становление прикладной оптики ХУ-Х1Хвв. - М.: Наука, 1983.
8. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. - М.: Наука, 1981.
9. Погребысская Е.И. Оптика Ньютона. - М.: Наука, 1981.
10. Ньютон И. Новая теория света и цветов. - УФН. - 1927. - №7.