Галілей і його помилки
Хто не знає великого італійського вченого епохи Відродження на прізвище Галілей? Розвиток механіки в доньютонівську епоху як науки пов'язане з його ім'ям. Найбільшою заслугою Галілея як вченого-механіка було те, що він першим заклав основи наукової динаміки, що завдала нищівного удару по динаміці Арістотеля. Галілей називав динаміку "наукою про рух щодо місця". Його твір "Бесіди та математичні докази, що стосуються двох нових наук" складається з трьох частин: перша частина присвячена рівномірному руху, друга – рівномірно прискореному, третя – вимушеному руху кинутих тіл. У античній механіці терміна "швидкість" не було. Розглядалися більш або менш швидкі рухи, і навіть "рівношвидкі", але кількісно характеристики цих рухів як швидкості немає. Галілей вперше підійшов до вирішення питання про рівномірний і прискорений рух масивних тіл і розглянув рух тіл за інерцією. Але були помилки Галілея.
Галілею приписують відкриття закону інерції. Приводять це навіть у підручниках – шкільних і не лише. Закон цей Галілей висловлював так: "Рух тіла, на яке не діють сили (звичайно, зовнішні) чи рівнодіюча їх дорівнює нулю, є рівномірним рухом по колу". Так, на думку Галілея, рухалися небесні тіла, "надані самим собі". Насправді ж рух за інерцією, як відомо, може бути лише рівномірним та прямолінійним. Що ж до небесних тіл, їх із цього руху "збиває" зовнішня сила – сила всесвітнього тяжіння. Розглядаючи погляд Галілея на інерцію, переконуємось у його неправомірності: помилка в міркуваннях виникла через те, що Галілей не знав про закон всесвітнього тяжіння, відкритого пізніше Ньютоном.
Доводячи принцип відносності, Галілей стверджував, якщо корабель рухається рівномірно без качки (рис. 1), то ніяким механічним експериментом не можна виявити цього руху. Він пропонував подумки розмістити в трюмі корабля посудини з водою з рибками, що плавають у них, літаючих мух і метеликів і стверджував, що стоїть корабель або рухається рівномірно - їх дії не змінюються. Не треба при цьому забувати, що рух корабля не прямолінійний, а круговий (щоправда, по колу великого радіусу, який є той чи інший перетин Землі).
Зараз ми знаємо, що в системі з кривою, якою є і коло, неможливе дотримання закону інерції: ця система не є інерційною. Справді, у принципі Галілея величина швидкості відносного руху не має ролі, як і швидкість руху однієї інерційної системи щодо іншої. Ось і ще одна помилка.
Але якщо надати кораблю першу космічну швидкість (8 км/с), то всі предмети в його трюмі, як і сам корабель, зробляться невагомими. Механічний експеримент, проведений з достатньою точністю, покаже, що і для реальних швидкостей руху переміщення тіл у трюмі корабля, що рухається, і корабля нерухомого будуть відрізнятися між собою. Більше того, рух тіл зміниться, якщо корабель йтиме з тією самою швидкістю, але різними курсами – припустимо, меридіаном і екватором. Не тільки ті, що рухаються в трюмі, будуть збиватися з передбачуваної траєкторії, а й сам корабель у Північній півкулі відноситиме вправо за курсом, а в Південному – вліво. Цікаво, що ці відхилення, викликані обертанням Землі як неінерційної системи, не залежать навіть від напрямку руху та описуються силою Коріоліса.
В іншій своїй роботі – "Діалог про дві найголовніші системи світу..." – Галілей стверджує, що світ є тіло дуже досконале, і щодо його частин повинен панувати найвищий і найдосконаліший порядок. З цього Галілей робить висновок, що небесні тіла за своєю природою не можуть рухатися прямолінійно, оскільки якби вони рухалися прямолінійно, то безповоротно віддалялися б від своєї вихідної точки і початкове місце для них не було б природним, а частини Всесвіту не були б розташовані в "найдосконалішому порядку". Отже, небесним тілам неприпустимо змінювати місця, тобто рухатися прямолінійно. Зникни раптом закон всесвітнього тяжіння, це б і сталося! Саме він утримує небесні тіла у стійкому русі, не допускаючи їх хаотичного розбігання. З іншого боку, прямолінійний рух нескінченно, бо пряма лінія нескінченна, отже, невизначена. Галілей вважав, що за суттю природи неможливо, щоб що-небудь рухалося по прямій лінії до недосяжної мети. Знову помилка Галілея!
Але якщо порядок досягнуто і небесні тіла розміщені якнайкраще, неможливо, щоб у них залишалася природна схильність до прямолінійного руху, в результаті якого вони відхилилися б від належного місця. Як стверджував Галілей, прямолінійний рух може лише "доставляти матеріал для споруди", але, коли останнє готове, воно або залишається нерухомим, або якщо і має рух, то лише кругове. Більш того, Галілей стверджував, що якщо тіло кинути ковзати як по льоду горизонтальною площиною, то, впавши з неї, тіло обов'язково перетне свою траєкторію з центром Землі (рис. 2). Але оскільки рух за інерцією постійно віддаляє покинуте тіло від цієї траєкторії, воно ніяк не може перетнути свій шлях з центром Землі. Це дуже поширена помилка, яка зустрічається навіть у сучасних підручниках!
Крім того, рух горизонтальною слизькою площиною такий, що тіло, відходячи від точки перетину найкоротшого радіуса Землі з цією площиною, починає віддалятися від центру Землі. Значить, і наближаючись, і віддаляючись від центру Землі, тіло не може рухатися рівномірно, оскільки на нього весь час (крім однієї точки в центрі Землі) діятиме сила.
Як бачимо, Галілей у своїй думці на інерцію, отже, і механіку взагалі, помилявся дуже значно. Формулювання законів інерції, дуже близьке до ньютонівської і прийняте з незначними змінами в сучасній механіці, дав французький філософ і математик Р. Декарт, сучасник Галілея. У своїй книзі "Початки філософії", що вийшла друком у 1644 р., він так формулює закони інерції. Перший закон: "Кожна річ продовжує по можливості перебувати в тому самому стані і змінює його не інакше як від зустрічі з іншим". Другий закон: "Кожна матеріальна частка окремо прагне продовжувати подальший рух не по кривій, а виключно по прямій". Тому замість того, щоб називати перший закон Ньютона, або закон інерції, законом Галілея - Ньютона, що і роблять іноді в підручниках, або говорити, що закон інерції був відкритий раніше Ньютона, слід відзначити те, що раніше Ньютона його досить точно сформулював Декарт, але не Галілей. Щоправда, авторитет Галілея зробив свою справу і помилки Галілея просто забули.
