История лазера - [7]

Физика Декарта

Открытие Кеплером трех законов движения планет указало на исключительную важность математики в изучении природы, и воодушевило Декарта, чьи исследования основывались на убеждении, что теоремы математики дают точность, определенность и универсальный подход, не доступные другим дисциплинам. Как следствие, Декарт основывал все свои построения на аксиоме, считая, что ясность и определенность являются отличительными чертами подлинного знания. Он начал с отрицания, что тела на расстоянии могут действовать друг на друга, утверждая, что они могут взаимодействовать только, когда они в контакте. Как следствие, пространство между Луной и Землей, и в более широком смысле, все пространство не может быть пустым, но частично заполнено некоторыми телами, подобно воздуху и материальным объектам. Промежутки между частицами, составляющие эти тела, а также остальное пространство предполагалось «физической средой», наполненной субстанцией, которая хотя и не поддается человеческим ощущением, способна передавать силу и воздействовать на тела, погруженные в нее. Эту среду он назвал «эфиром». Таким образом, термин эфир терял значение, данное античной греческой космологией, т.е. некий совершенный элемент, составляющий небесные сферы и тела. Декартовские частицы находятся в постоянном движении, образуя вихри, и свет является просто передачей давления, производимого на глаз движением этих вихрей. В своей книге Dioptrique ученый сравнил зрение с ощущением предмета, получаемого слепым человеком с помощью своей палки.

Основываясь на идее, что эффекты, производимые контактами и столкновениями, являются простейшими и наиболее понятными явлениями внешнего мира, он не нуждался в каких-либо других посредниках. Он не требовал, как мы делаем сегодня, чтобы его схема имела экспериментальное подтверждение, поскольку он больше верил в простоту и точность умозрений, чем в соответствие с наблюдаемыми фактами.

Его труды следует рассматривать как исключительно важные умозрительные попытки показать, что вся Вселенная и ее происхождение можно представить в виде логически согласованной механической схемы, которая зависит от немногих фундаментальных действий, и что полное понимание принципов ее действия можно полностью понять с помощью математики. Он стал родоначальником идеи механистической философии, согласно которой неодушевленный внешний мир может с научными целями рассматриваться, как автоматический механизм, и для каждого физического явления можно вообразить соответствующую механическую модель.

Подобная точка зрения не могла быть принята до Возрождения, когда было слишком мало — если и было — самодействующих механизмов, которые способны были работать без участия человека. Люди имели только некоторые инструменты, которые, чтобы работать, требовали умелого управления ими, и поэтому любое проявление регулярности понималось как результат действия некоторого разума. Уже античные греки верили, что порядок и гармония, наблюдаемые в движении небесных тел, основано на их душах, и многие явления получили абсурдные объяснения в аристотелевой философии. Например, падение тяжелого тела объяснялось предположением, что тяжелое вещество стремиться занять свое естественное место: центр Вселенной. Это объяснение стало неудовлетворительным, когда была принята коперниковская теория Солнечной системы, поскольку теперь Земля двигалась в бесконечном пространстве и нельзя было указать точку центра Вселенной. Революционным образом Декарт предположил, что космос можно рассматривать, как огромную машину и вследствие этого все происходящее в материальном мире можно предсказать с помощью математических вычислений.

Он пошел и дальше, утверждая, что физика, подобно геометрии Эвклида, может быть просто выведена из априорных принципов без какой бы то ни было необходимости наблюдений и экспериментов, т.е. на основе гносеологического рационализма. В этом убеждении он отступал от новых доктрин Бэкона и Галилея и подвергался даже критике Гюйгенсом.

По существу, создавая всеобъемлющую теорию Вселенной без необходимости изучения в деталях любого процесса, Декарт скорее продолжал традицию греков, чем следованию новым путям, проложенным Тихо Браге, Кеплером и в особенности Галилеем. Он никогда не держался принципа, что достоверное знание можно последовательно постигать путем терпеливого изучения природы, и его гипотеза, что сила может получаться только путем передачи через давление или удар, не давала возможности ему объяснить любую из сил, существующих в природе. Дефекты его методологии привели к тому, что менее чем за столетие почти все его теории были отвергнуты; однако его идеи стимулировали научную мысль на высочайшем уровне.

Закон преломления

В работе Dioptrique Декарт излагает свою теорию света, основанную на вихрях, и обсуждает законы отражения и преломления, впервые выразив принцип, что отношение углов падения и преломления зависит от среды, через которую проходит свет.

Уже греки знали, что если световой луч проходит из одной среды в другую, он частично отражается, а частично проходит через поверхность раздела двух этих сред (рис. 3). Каждый может выполнить эксперимент с куском стекла, освещаемым лучом света от окна. Часть солнечного света отражается от поверхности стекла, образуя пятно света, которое двигается по стене при движении стекла, а другая часть проходит сквозь стекло. Явление, при котором часть света проходит через стекло, называется преломлением (рефракция). Термин происходит от латинского слова refraction и отражает тот факт, что объект, который частично находится в одной среде, а частично — в другой (например, палка частично в воздухе, а частично в воде), кажется сломанным (на латыни refractus).