Размышления по поводу книги Матео Валериани  «Галилео – инженер»

(M. Valleriani. Galileo Engineer. Dordrecht, Heidelberg, London, New York:

Springer, 2010)

Письма Галилея к инженерам, его современникам и от них к нему наглядно показывают, какую огромную роль в становлении экспериментального и математизированного естествознания сыграл их живой интерес к обсуждению технических проблем с научной точки зрения.

Letters of Galileo to the engineers, his contemporaries and from them to him clearly show what a huge role in the development of the experimental and mathematical science  played their keen interest to the discussion of technical issues from a scientific point of view.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: естествознание, эксперимент, технические проблемы, диалог, инженер, предпосылки новой науки.

КEYWORDS: natural science, experiment, technical problems, dialogue, the engineer, the preconditions of the new science.

            В наш век Интернета и электронных изданий, когда студенты и аспиарнты беспомощно разводят руки, если нужная им книга не «выложена в сети», особенно приятно взять новую интересную книгу в традиционном бумажном издании и проштудировать ее с карандашем в руках. Таких книг немного, но именно к ним принадлежит рецензируемая мной работа итальянского историка науки Матео Валериани, работающего в Институте истории науки общества Макса Планка в Берлине, «Галилео – инженер», изданную к тому же на английском языке. Это отнюдь не значит, что я ретроградный противник интернет-публикаций. Напротив, они необычайно расширили доступ самого широкого читателя к различным, в том числе архивным, материалам.

Но вернемся к книге. Автор ее мастерски сочетает конкретные исторические Case Studies с широкими философскими обощениями, дополненными бесценными, в том числе впервые публикуемыми на английском языке, письмами Галилея к тогдашним инженерам и от них к нему. Это наглядно показывает, какую огромную роль в становлении новой науки – экспериментального и математизированного естествознания сыграла социо-культурная среда, живой интерес инженеров-практиков к обсуждению технических проблем с научной точки зрения.

Диалоги Галилея с инженерами-практиками – предпосылка новой науки

Тогда не было еще научных журналов и оперативная научная коммуникация осуществлялась с помощью обычной переписки. В переписке можно найти истоки тех диалогов, которые Галилей ввел в свои основные труды. Это, как оказывается, не просто удачный литературный прием, а продолжение реальных споров, возникавших в ходе переписки и обсуждения в ней различных научных и инженерных проблем. Как показано в книге, «Галилей выработал свою новую теорию благодаря тому, что кораблестроители Венецианского арсенала делились с ним своими практическими знаниями» (с. 131). В этом пункте я должен откорректировать свое собственное суждение, основанное на утверждении А. Койре. «Александр Койре, анализируя взаимосвязь науки и техники Нового времени очень точно заключает: Галилей и Декарт никогда не были людьми ремесленных или механических искусств и ничего не создали, кроме мыслительных конструкций. Не Галилей учился у ремесленников на венецианских верфях, напротив, он научил их многому, поскольку создал первые действительно точные научные инструменты» [Горохов 2012][i]. В свете представленных в книге Валериани свидетельств должен признать – это было двухстороннее движение, поскольку выбор языка науки не определяется опытом, как подчеркивает тот же Койре, а восходит к философскому источнику. О чем и пишет далее Валериани, подчеркивая тот факт, что Галилей переосмысливает этот практический опыт на основе аристотелевских «Мехнических проблем»: «Галилей направился в Арсенал прежде всего исследовать то, что было известно как аристотелевские мореходные проблемы» (имеется в виду та часть вопросов, поставленных и обсуждаемых в «Механических проблемах», которые связаны с задачами навигации и кораблестроения) (с. 131-138).

Пример такой дискуссии - приведенное в книге Валериани письмо, написанное Галилею в 1635 г., известным военным инженером из Тулузы Антоне де Вилле (Antoine de Ville, 1596-1656), работавшего с 1630 по 1635 гг. на республику Венецию, который полемизирует с Галилеем и стремится прояснить как его выводы, так и методы объяснения. Он не может понять, как сфера соприкасается с плоскостью в одной точке, если они в реальности несовершенны, являются пористыми и нет таких резцов и способов обработки, которые сделали бы их идеально гладкими. Это несовершенство, утверждает он в данном письме, и от искусства изговления, и от изготовителя, и от самой материи, из которой они изготовлены. Поэтому невозможно придать им такую же точную форму, которую им приписываем в своем мысленном представлении. Ответ на эти возражения мы найдем в одном из диалогов Галилея: конечно, рассуждает он, «из-за несовершенства материи то тело, которое должно быть совершенно сферичным и та плоскость, которая должна быть совршенно плоской, конкретно не оказываются такими, какими вы их представляете себе в абстракции ... Но знаете ли, сеньор Симпличио, что происходит на деле и как для выполнения подсчетов сахара, шелка и полотна необходимо скинуть вес ящиков, обертки и иной тары; так и философ-геометр, желая проверить конкретные результаты, полученные путем абстрактных доказательств, должен сбросить помеху материи ... Итак ошибки заключаются не в абстрактном, не в конкретном, не в геометрии, не в физике, но в вычислителе, который не умеет правильно вычислять. Поэтому, если у вас есть совершенные сфера и плоскость, хотя бы и материальные, не сомневайтесь, что они соприкасаются в одной точке» [Галилей 1980, 307]. И все сойдется, поскольку в природных объектах скрыта геометрическая схема. Нужно только найти способ извлечь ее из материи.

Ответ на вопрос, как извлечь, мы находим в письме другого оппонента Галилея венецианского инженера Джовани Франческо Сагредо (Giovan Francesco Sagredo,1571–1620). Чтобы избежать смазанного и двоящегося изображения в телескопе, Сагредо ищет способ изготовления гомогенного стекла для линз, подбирая различный материал и совершенствуя методы его шлифовки. Именно так по Галилею несовершенные природные объекты приближаются к математическим совершенным абстрактным объектам. Именно такой способ работы вообще стал характерен для естествознания и заданный однажды образец многократно воспроизводится, дает свои положительные результаты. Для сравнения приведем аналогичный пример из области современного физического исследования. В 1964 г. в работе советских ученых Анатолия Ларкина и Юрия Овчинникова и в одновременно вышедшей работе немецких теоретиков Петера Фулде и Ричарда Ферелла была теоретически предсказана возможность обнаружения сверхпроводимости в ферромагнетике. Но эта возможность лимитировалась целым рядом трудновыполнимых условий, что сделало задачу обнаружения такого сверхпроводящего состояния практически невыполнимой. Другие известные физики-теоретики Александр Буздин, Зоран Радович и Ленар Тагиров выбрали в качестве модельного объекта искусственные слоистые наноструктуры, состоящие из чередования слоев ферромагнетика и слоев сверхпроводника, и возможность реализации экзотического сверхпроводящего состояния стала очевидной. В начале 90-х годов несколько групп экспериментаторов в ведущих  центрах мира предприняли попытки обнаружить осциллирующую зависимость критической температуры слоистых наноструктур сверхпроводник–ферромагнетик, предсказанную А. Буздиным, З. Радовичем и Л. Тагировым. Однако результаты получались невоспроизводимыми и неоднозначными. Группа исследователей из университета г. Аугсбурга (Р. Тидекс, З. Хорн)  совместно с группой из Института электроники и промышленных технологий в г. Кишиневе (А. Сидоренко, В. Здравков) проанализировали бинарные фазовые диаграммы большого количества пар металлов ферромагнитных и сверхпроводящих и обнаружили пару, оптимально подходящую для решения этой задачи, а именно: сверхпроводник ниобий и ферромагнетик никель. Обладая минимальной взаимной растворимостью, они способны обеспечить резкую однородную границу раздела, необходимую для реализации подходящей наноструктуры. Выявленная невоспроизводимость результатов предшествующих экспериментальных групп была обусловлена большой  длительностью процессов приготовления наноструктур при последовательном напылении образцов. Для решения этой задачи – достижения воспроизводимости экспериментальных результатов, была разработана и запатентована специальная технологическая процедура. Такова методология сочетания теоретической и экспериментальной деятельности в науке со времен Галилея [Горохов, Сидоренко 2009].

            Социальный статус практических инженеров эпохи Возрождения и раннего Нового времени был настолько высок, что Галилей обращается к эрцгерцогу Леопольду Австрийскому и Дону Антонио де Медичи, называя их кроме всех прочих титулов «искусный мастер». В это время в связи с развитием и повсеместным внедрением огнестрельного оружия ситуация в военной области резко меняется. Говоря современным языком, на первый план выходит военно-промышленный комплекс. 

От того, насколько развита артиллерия и фортификация, зависит теперь выживание ренессансных городов-государств. Старые крепости больше не выдерживают артиллерийских атак и требуют реконструкции с применением новой науки. Артиллеристы в условиях появления и развития тяжелой мобильной пороховой артиллерии больше не могут полагаться на простой неотрефлектированный опыт и интуицию. Им нужны точные расчеты. Артиллерия и фортификация сами становятся сложной, основанной на математике наукой. Но не только математические расчеты с помощью новых «математических инструментов» играют теперь важную роль. Решающим становится практический инженерный опыт, кодифицированные технические знания, а именно: как перестраивать городские укрепления, как быстро и эффективно перебазировать тяжелую артиллерию и строить необходимые для этого машины, под каким углом наиболее оптимально стрелять из пушек и где их устанавливать, как точно измерить расстояние до цели, как изготавливать прочный металл и эффективный порох, как строить большие и грузоподъемные, но в то же самое время маневренные корабли, оснащенные такой артиллерией. Вот те практические задачи, которые приходилось решать почти повседневно военным инженерам. А решение этих задач требовало их научного осмысления и научной инженерной подготовки.

            Вот почему инженеры-практики и политики обращаются за помощью к ученым-консультантам и регулярно  обсуждают с ними эти проблемы. Так наряду с мастерами-инженерами появляются ученые-инженеры, без которых становится невозможным решать многие инженерные задачи, которые переформулируются в проблемы, решаемые научным путем. Так предприниматель Маркони поставил перед учеными вопросы, на которые не мог ответить сам, но которые не могли возникнуть без практического инженерного опыта эксплуатации первых радиостанций, а именно: какие физические процессы происходять в антенне и в самой радиостанции. Ответы на них дал физик Фердинанд Браун, который сконструировал на основе научных знаний рамочную антенну и вторичный колебательный контур. Только после этого стала возможна передача сообщений на большие расстояния. Именно  такие ответы на вопросы инженеров-практиков и давал Галилей.

Фейерабенд в своей книге «Против методологического принуждения. Очерк анархистской теории познания» отмечает, что «Галилей не был знаком с оптическими теориями своего времени» и что именно свобода от стандартов научного мышления его времени позволила ему создать новое направление научного поиска [Фейерабенд 1986]. Но это абсолютно неверно. Галилей не только был знаком с этими теориями, но и преподавал геодезию, геометрию, перспективу и другие дисциплины военным инженерам. Валериани особо отмечает, что он был хорошо знаком с тогдашними наиболее известными теориями сферических зеркал Джованни Батиста дела Порта (Giovanni Battista della Porta, 1535-1615) и географа, картографа, математика и астронома Джовани Антонио Маджини (Giovanni Antonio Magini, 1555-1615), с которыми он, правда, был не согласен и которых он критикует. Как подчеркивает Валериани: «Галилей не был изготовителем зеркал, но он мог настолько хорошо оценивать продукт ремесленников и способ их обработки, что стал экспертом по оценке качества зеркал у Великого герцога» (с. 64). И популярности в этом вопросе прибавили ему не только астрономические открытия, но и критика Ватикана, которая, впрочем, не была категорическим императивом, например для протестантской Голландии.

Галилей – мастер-инженер

            Во времена Галилея кроме мастеров-ремесленников, которые были практиками без специального образования, появляются мастера-инженеры, наряду с врачами, юристами, учителями образовавших особую профессию, выходящую за пределы традиционной цеховой организации. Эти инженеры проходят специальный курс обучения не только на предприятии в ходе работы, или в элементарных Abaco школах, но и в появившихся тогда академиях. Например, основанная в 1562 г. Флорентийская академия искусств - Accademia del Disegno, которую на русский язык переводят как Академия изящных искусств или рисунка, была скорее Академией дизайна или лучше сказать искусства проектирования, поэтому ее часто назвали академией «делания» (Academy for Doing), а также учебным заведением для подготовки мастеров-инженеров. Ее студенты изучали геометрию и черчение, в том числе техническое черчение. Учитель математики Галилея Остилио Риччи (Ostilio Ricci, 1540-1603) получил в ней в 1593 г. кафедру математики. Одновременно он давал уроки практической геометрии в мастерской Бернардо Буонталенти (Bernardo Bounatalenti, 1536—1608). Эта академия стала образцовой моделью обучения художников, инженеров, практических математиков. Интересно, что Галилей, наряду с учебой в Падуанском университете, прошел все стадии тогдашнего инженерного образования, а позже и сам организовал обучение военных инженеров. Изобретенный им и изготовленный в его мастерской военный компас для различных точных измерений в артиллерии и фортификации служил также пособием для обучения практической математике военных инженеров, составлявших элиту тогдашнего инженерного корпуса.

Однако кроме мастеров-практиков, работавших в мастерских над изготовлением различных машин и орудий, шлифовкой стекол и зеркал, различных математических инструментов, и военных инженеров в области фортификации и артиллерии, появляются ученые-инженеры, выполнявшие роль консультантов при дворах королей, герцогов и т.д. и осуществлявших социальную оценку техники. В их задачу, в частности, входило определять, является представленная модель какой-либо машины выполнимой и полезной, стоит ли она тех затрат, которые на нее выпрашивает изобретатель, давать обоснование и объяснение принятого положительного или отрицательного решения и т.п. Именно такую деятельность осуществлял Галилей при дворе Великого герцога Тосканского. Кроме того, он не только изготовил телескоп для наблюдения небесных тел, но и предложил свою конструкцию телескопа и бинокля для военно-инженерных измерений различных дистанций. Все это сделало его наиболее известным экспертом в области оптики и оценки качества линз (которые изготавливались особым образом из специальных кристаллов) для оптических инструментов.

            В своей домашней мастерской Галилей наладил систематическое производство военных компасов различного рода (размеров, материала, функций), а также железных орудий и их составных частей (например, винтов, крепежных деталей и т.п.). Но это не было чисто коммерческой деятельностью, изолированной от его научных интересов. Они могли быть использованы только вместе со знаниями, как с ними обращаться. Поэтому кодификация и передача таких знаний с помощью частных уроков была главной деятельностью галилеева предприятия. В это время становится нормой для успешной военной карьеры брать частные уроки по фортификации, военной архитектуре, геодезии, механике, теории перспективы и пользованию военным компасом. Одной из главных особенностей уроков, даваемых Гагилеем, было длительное и детальное объяснение того, как правильно использовать «математические инструменты» (измерительные приборы).

Здесь я опять хотел бы несколько смягчить слишком категоричное высказывание А. Койре по данному поводу, утверждающего, что измерительные инструменты предшественников Галилея были еще ремесленными орудиями. «Новая наука заменила расплывчатые и качественные понятия аристотелевской физики системой твердых и строго количественных понятий. Галилей заменил обыкновенный опыт основанным на математике и технически организованным экспериментом. Декартовская и галилеевская наука имела огромное значение для техников и инженеров. То, что на смену миру "приблизительности" и "почти" в создании различных технических сооружений и машин ремесленниками приходит мир точности и расчета новой науки, заслуга не инженеров и техников, а теоретиков и философов» [Койре 1988, 93-94]. Как мы видим, исходя из историко-научных исследований Валериани, этот тезис следует ослабить. Стремление к точности измерений исходило в первую очередь от тогдашней инженерной практики, и без этой, по сути дела, социальной потребности (поскольку от  точности попадания орудий в цель буквально зависело выживание ренессансных городов-государств) наука Нового времени вряд ли обратила бы внимание на точность вычислений [Гуковский 1947, 224].

Практика конструирования, создания и использования «математических инструментов» и машин требует создания новой науки – кодификации технических знаний и развития технической теории. Так наряду с мастерами-инженерами появились ученые-инженеры. Но Галилей идет дальше многих. Он создает новую эпистемологическую модель генерирования естественно-научных знаний. Наряду с инженерной деятельностью он преподает математику в Падуанском университете и развивает основы естественно-научной теории. Однако именно технические знания, например в области артиллерии, становятся основой новой науки о движении, формулировки общего закона свободного падения тел. В отличие от схоластической точки зрения, согласно которой законы природы и законы механики принадлежат различным реальностям, и мнения многих тогдашних инженеров-практиков, что механические искусства выше природы и помогают человеку господствовать над ней, Галилей считает, что законы природы и законы механики принадлежат одной и той же области. С этой позиции он критикует инженеров-практиков, стремящихся строить машины, противные природе, противоречащие законам природы. 

Галилей интегрирует практические и теоретические знания, рефлектируя новый тип знаний, полученных в инженерной практике, и корректируя существовавшие теоретические представления. Решение этой задачи и является основной заслугой Галилея, гениальность которого состоит в создании объяснительных теоретических схем технической практики, с одной стороны, и в введении идеализированного теоретического конструирования с помощью технических средств в естествознание (технически подготовленного эксперимента). Об этом писали много и разные авторы, но так четко и документально показать тесную связь естественно-научной теории и технической практики в жизни и трудах великого Галилея смог в своей книге только Валериани. В его книге приводится весьма характерный пример, который рельефно высвечивает социокультурную ситуацию того времени, буквально подталкивавшую Галилея к теоретизации технических знаний. Пример этот связан с существовавшей тогда практикой Венецианского арсенала, как высоко технологичного предприятия тогдашнего военно-промышленного комплекса, и установками его работодателей – политиков Венецианской республики. «Чертик» как всегда скрывается именно в таких деталях: Валериани детально раскрывает «кухню», в которой приготовлялись технические нововведения.

В книге приводится интересный пример с выбором на конкурсной основе проекта нового корабля – знаменитой венецианской галеры. По традиции к рассмотрению комиссии Венецианского сената были приняты три проекта, два из которых были представлены известными кораблестроителями - практическими инженерами, а третий – ученым-гуманистом Ветором Фаусто (Vettor Fausto, 1480-1546), переводчиком с древнегреческого на латинский труда «Механические проблемы», приписываемого тогда Аристотелю, а сегодня обозначаемого как труд псевдо-Аристотеля. Последнее обстоятельство не имеет в данном случае большого значения, так как в то время верили, что это продукт самого Аристотеля. Интересно, что конкурс выиграл именно Фаусто, не имевший никакого практического опыта в строительстве кораблей, и именно потому, что он утверждал, что греческая кинкерема (пентера) более эффективна для ведения военных действий в новых условиях использования тяжелой артиллерии, чем традиционно использовавшаяся трирера.

Фаусто получил в свое распоряжение команду мастеров-кораблестроителей и венецианские верфи, а также необходимое финансирование для строительства нового корабля. Этот факт показывает, каким образом тогда причудливо сочетались теория и практика, гуманитарная традиция возрождения античного наследия и практический опыт современных мастеров-инженеров. Причем сам Фаусто характризовал свою новую работу, как спуск в темную преисподнюю. Также и Галилей взялся за решение аналогичных проблем судостроения (рачет весла тяжёлой галеры), едва ознакомившись с практическими познаниями венецианских кораблестроителей, которые старался привести в теоретическую форму с помощью все тех же аристотелевских «Механических проблем». Даже если эта работа и не была написана самим Аристотелем, она была выдержана в его духе и концептуальный аппарат аристотелевской физики, модифицируемый под практические технические проблемы, встававшие перед ренессансными мастерами-инженерами, лег в основу новой галилеевой науки и был адэкватно воспринят практиками и политиками.

Галилей был призван в Военно-морской комитет Венецианского арсенала в качестве ученого-эксперта, вооруженного знанием именно «Механических проблем». Но и модели практических инженеров описывались в тех же аристотелевских терминах. Это разбивает ставшее уже общим местом рассуждение о том, что Галилей развенчивает авторитеты и прежде всего Аристотеля. Конечно, он критикует его утверждения и корректирует их с точки зрения нового практического инженерного опыта. Аристотель больше не непререкаемый авторитет, который всегда прав. Но от этого выигрывает не только наука, но и сам Аристотель. Здесь можно провести параллель с Карлом Марксом. Пока его работы были идеологизированной доктриной («учение Маркса истинно, потому что оно верно!»), он не вызывал такого интереса, как в последнее время, в том числе и на Западе[ii]. Итак, модифицированный и постоянно модифицируемый под решение практических инженерных задач концептуальный аппарат физики Аристотеля задает поле теоретических рассуждений об этой практике как для самого Галилея, так и для его оппонентов и собеседников из среды складывающегося тогда инженерного и (одновременно научного) сообщества. «Галилео Галилей, следовательно, обнаруживает себя в качестве именно того эксперта-комментатора многих аспектов аристотелевской доктрины, особенно касательно “Механических проблем”, “Физики” и “Метеорологии”. Таким образом, принимая во внимание исключительно эти источники и результаты, анализируемые и полученные в его работах, необходимо признать, что Галилей был не только военным инженером, но и практическим математиком, который был экспертом в области аристотелевской философии природы» (с. 206). Именно поэтому Валериани присваивает Галилею еще и титул «аристотелевского инженера», но это понятие, на наш взгляд, несколько неточно выражает смысл им самим же сказанного выше. Речь, по сути дела, идет об ученых, обратившихся тогда к осмыслению инженерной практики с помощью теоретических понятий и концепций Аристотеля, в отличие от практических инженеров, обратившихся к науке за объяснением возникающих в их практической деятельности проблем.

Хорошим примером здесь может служить исследование Галилеем и Сагредо термоскопа – первого прибора для измерения теплоты, о чем сохранилась приводимая в данной книге подробная переписка. Собственно сама по себе конструкция термоскопа была простой: небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Никакой шкалы пока не было, и показания его зависели от давления среды.  Но в данном случае для нас важен не столько результат, сколько обсуждение конструкции, функционирования и усовершенствования этого прибора в переписке Галилея и Сагредо, которое в конечном счете привело Галилея новым теоретическим выводам. До тех пор температура оценивалась чисто субъективно, как ощущение теплого и холодного. Но такие ощущения часто бывали неверными, обманчивыми. В результате наблюдений работы прибора в разных условиях и обсуждений с коллегами-инженерами Галилей отказывается от теории теплоты Аристотеля и формулирует новую атомистическую концепцию теплоты. Так наблюдение за приборной ситуацией, т.е. по сути дела функционированием технического устройства, ведет к развитию новой естественно-научной теории.

Понятие «художник-инженер» Валериани использует, чтобы отличить профессиональных практических инженеров от инженеров-ученых, хотя, как мне кажется, здесь более адекватным является обозначение «мастер-инженер» [Горохов 1987, 60]. Сегодня мы различаем техника, имеющего среднее техническое образование, и дипломированного инженера, получившего научную подготовку в высшей технической школе (техническом университете), а в среде последних еще и представителей технических наук, как правило, преподающих и проводящих научно-технические исследования в этих университетах. Во времена Галилея наряду с простыми мастерами-ремесленниками появляются практические инженеры, стремящиеся получить научную подготовку за пределами университетов, как раз у тех, кого можно было бы квалифицировать как ученых, обратившихся к технике. Именно таким «ученым-инженером» или «инженером-ученым» и был сам Галилей, получивший как практическое инженерное, так и классическое университетское образование. Во времена Галилея наиболее релевантным различием между инженерами и учеными-инженерами было, верятно, знание последними латыни, что открывало им возможность изучать древние тексты и было недоступно первой категории инженеров[iii]. Искусные мастера, практические инженеры и архитекторы разного рода, с одной стороны, и художники, гуманисты, философы, бизнесмены, офицеры,  представители администрации и политики, с другой стороны, были действующими лицами происходящих тогда в обществе экономических и социальных изменений. Однако, по мнению Валериани, именно «ученые-инженеры были реальным центром этого культурного сдвига».  Как раз таким инженером и был Галилео Галилей: «Его хорошее чутье в сфере бизнеса и прекрасные коммуникационные навыки сделали его одним из наиболее популярных инженеров-ученых своего времени... Величие его науки, однако, было следствием ее связей с практическим знанием» (с. 211).

Галилей – ученый-инженер

В последнее время принято много рассуждать о новой стадии науки - технонауке, знаменующей более тесную связь технической и научной деятельностей. Но, по сути дела, главные черты такой технонауки мы обнаруживаем уже в трудах Галилея. Как указывает Валериани, «наиболее интенсивная работа в области науки о сопротивлении материалов осуществлялась Галилеем во время его пребывания в качестве резидента в Венецианской республике, т.е. между 1592 и 1610 гг.» (с. 120). Об этом пишет и сам Галилей в своих «Беседах и математических докзательствах»: «Обширное поле для размышления, думается мне, дает пытливым умам постоянная деятельность вашего знаменитого арсенала, синьоры венецианцы, особенно в области, касающейся механики, потому что всякого рода инструменты и машины постоянно применяются здесь большим числом мастеров, из которых многие путем наблюдений над созданиями предшественников и размышления при изготовлении собственных изделий приобрели большие познания и остроту рассуждения... Наблюдая за деятельностью тех, которых по причине их превосходства над остальными мастерами мы называем “первыми”; беседы с ними не один раз помогли мне разобраться в причинах явлений не только изумительных, но и казавшихся сперва совершенно невероятными». [Галилей 1964 II, 107].

Рассуждения Галилея о сопротивлении твердой призмы или цилиндра были направлены не только на построение теоретических схем нового естествознания, т.е. вызваны не только чисто научным интересом, но и, как он сам это формулирует, могут быть полезными для многих механических приспособлений, чтобы «дать мастерам какие-либо простые и удобные правила». Решение этих задач было важным для перехода от миниатюрной демонстрационной модели машины или сооружения к построению реальной  полноразмерной конструкции. И новая наука была способна помочь им: «Мы ясно видим невозможность не только для искусства, но и для самой природы беспредельно увеличивать размеры своих творений, – пишет Галилей. - Так, невозможна постройка судов, дворцов и храмов огромнейшей величины, коих весла, мачты, балки, железные скрепы, словом, все части держались бы прочно». [Там же, 207]. Одновременно, критикуя, как теоретические построения аристотелевской физики в изложении «Механических и проблем», так и рассуждения практических мастеров, основанные на опыте, Галилей формулирует принципы новой, по сути дела, технонауки.

В сущности перед Галилеем, как научным консультантом Венецианского арсенала по вопросам военного кораблестроения, была поставлена вполне конкретная инженерная задача, а именно: как оптимально сконструировать весло для галеры нового типа, т.е. вооруженной тяжёлой артиллерией. Эта задача была важной и в социальном плане. Для противоборства с Османской империей требовался новый тип судна, и от его правильной оснащенности зависило выживание Венецианской республики. Галилей в своих «Беседах и математических доказательствах» поставил вопрос о прочности тел, анализируя сопротивление, оказываемое твердыми телами силе, стремящейся их сломать: «Мы получили уже столько выводов, касающихся вопросов сопротивления твердых тел излому, причем в основание этой науки было положено сопротивление тел разрыву, что можем теперь последовательно подвигаться вперед, открывая все новые и новые соотношения, которых в природе существует бесконечное множество, и давая им доказательства» [Там же, 221].

Решая эти задачи, Галилей сначала вслед за аристотелевскими «Механическими проблемами» рассматривает модель весла в виде простого рычага. Однако затем, под влиянием опыта корабелов, он констатирует тот факт, что весло не может быть рассмотрено в виде простого рычага, так как в данном случае важно учитывать как движущую силу, так и то, что сопротивление и опора на галере также находятся в движении. Причем и вода рассматривается им как точка опоры рычага и кроме того не статически, как у Аристотеля, а как движущийся водный поток. Отсюда следует вывод, что чем глубже лопасть весла находится в воде, тем больше движущей силы гребец сообщает движению корабля. Однако такие абстрактные теоретические рассуждения не удовлетворяли практических инженеров, и Галилей вынужден был обратиться к их опыту, чтобы продвинуться дальше в решении поставленной проблемы. А этот опыт диктовал определенные правила и ограничения в конструировании весел. Для решения этой проблемы Галилей развивает новую теоретическую модель закрепленной на одном конце идеальной балки-консоли. Поскольку весло имеет по Галилею две опорных точки – в уключине весла и в воде – он исследует также балку, лежащую на двух опорах.

В принципе точно такую же работу по корректировке естественно-научных законов с учетом практических технических знаний можно наблюдать на протяжении всей последующей истории науки вплоть до современной технонауки с той лишь разницей, что Галилей был первым, кто ввел этот новый эпистемологический принцип научного рассуждения, ставший основой последующего научно-технического развития. «Термин “технонаука” наиболее часто используется для обозначения таких современных дисциплин, как информационные и коммуникационные технологии, нанотехнологии, искусственный интеллект или также биотехнологии» [Белт 2009, 1311]. В технонауке, с одной стороны, как в классическом естествознании, на основе математических представлений и экспериментальных данных строятся объяснительные схемы природных явлений и формулируются предсказания хода определенного типа естественных процессов, а, с другой стороны, как в технических науках, конструируются не только проекты новых экспериментальных ситуаций, но и структурные схемы новых, неизвестных в природе и технике систем. Важно, однако, не только совершить открытие и создать изобретение, не только закрепить приоритет и запатентовать, но в первую очередь сделать их достоянием общества через образование соответствующих хозяйственных структур, в особенности, когда достоянием рынка становятся не только готовые продукты, но и знание ноу-хау. Но, как ни странно, именно этим занимался и Галилей у истоков современного естествознания и научной техники.

Галилей – теория «простых машин» как средство оценки сложных конструкций

Проблема соотношения простого и сложного пронизывает всю историю человечества, в особенности историю философии и науки. Древнегреческие философы искали основания данного нам в ощущениях сложного мира в простых рациональных кострукциях, сводя их к атомам как Демокрит, гомеомериям как Анаксагор, апейрону как Анаксимандр. Но проблема эта касалась не только мира природного, естественного, но и мира искусственного. Именно из этого убеждения свести сложное к простому сформировалась античная теория «простых машин», изложение которой мы находим у Аристотеля, Архимеда и, наконец, Герона Александрийского. Именно эти авторы оказали влияние на представление о машинах в эпоху Возрождения и в Новое время. Их наследие начинает обсуждаться на разные лады тогдашними мастерами, инженерами, конструкторами машин, которыми, правда, руководили уже иные, чем раньше практические задачи. Машины становятся достаточно сложными и их расчет требует построения моделей, но знания, полученные на этих моделях, не всегда просто и автоматически применяются при переходе к иным размерам и реальным конструкциям.

Герон Александрийский перечисляет пять таких простых механизмов: ворот, рычаг, блок, клин и винт. Галилей добавляет к ним еще наклонную плоскость. Эти простые машины становятся теперь теоретическими конструктами, из которых составляются более сложные (например, соединение колеса, винта и ворота дает более сложную машину – бесконечный винт, или червяк).

Одним из наиболее характерных примеров является маятник. Еще до развития Галилеем физической теории качания маятника его применют в некоторых машинах, например, в механической приводной пиле с тяжелым якорным маятником, как его описывает французский инженер Жак Бессон (Jacques Besson) в своем труде «Театр инструментов и машин» (Theatrum instrumentorum et machinarum), опубликованном в 1578 году [Лефевр 2001, 21]. Но у Галилея маятник – это не просто инструмент для приведения в движение машинного механизма, а идеализированный объект естественно-научной теории – математический маятник, с помощью которого он открыл закон колебания маятника — независимость периода колебания при малых амплитудах (изохронизм). Правда, и инженеры этого времени уже дают образцы нового способа мышления, применяя математические принципы для разработки новых машин. В своем трактате «Беседы и математические доказательства» Галилей использует математический маятник для объяснения самых различных физических явлений, связанных с движением.

Кроме того, маятниковые часы становятся новым более точным прибором для измерения времени. Проблема точных измерений особенно остро возникает в обществе в связи с нуждами навигации, астрономии, строительства военных и гражданских сооружений и развитием огнестрельного оружия, в сообенности тяжелой артиллерии. Но особое звучание она приобретает в связи со становлением новой науки и технически подготовленного эксперимента, где точность измерения становится часто решающим аргументом за или против той или иной научной теории. Поэтому Галилей уделяет этой проблеме особое внимание. Для измерений во время экспериментов с наклонной плоскостью он еще использует клепсидру – водяные часы. Но точности в измерении времени можно добиться только с помощью маятниковых часов, которые он и конструирует. В письме 1637 г. в Амстердам Галилей особо отмечает важность этого нового инструмента: «Теперь я подхожу ко второму артефакту, который делает необычайно возрастающей точность астрономических наблюдений. Я говорю об измерителе времени». Далее Галилей отмечает, что этот инструмент  не только дает большую точность, константную во времени, но и остающуюся постоянной при тиражировании этого прибора и, наконец, подробно описывает конструкцию таких маятниковых часов (с. 290).

Наклонная плоскость для Галилея - это не только «простая машина» - искусственный объект, приспособленный для экспериментальной деятельности, но прежде всего абстрактный объект научной теории, используемый для проведения математических доказательств (объект оперирования), и в то же время – репрезентант специально подготовленного естественного объекта, на котором можно наблюдать физические процессы, не встречающиеся в «чистом виде» в природе. Исследуя качение бронзового шарика по специально отполированной наклонной плоскости, Галилей делает вывод, относящийся к сфере естественно-научной теории: скорости, приобретенные падающим или катящимся по наклонной плоскости телом, зависят от ее высоты, а не от наклона.

Сам Галилей не занимался постройкой и конструированием машин. Как подчеркивает Валериани, он принадлежал к тем экспертам, кто контролировал качество и осуществлял оценку машин и их проектов. И главным в такой оценке было определить, является представленная модель той или иной машины действительно выполнимой при переходе к реальной конструкции. Новая наука Галилея, в частности, давала возможность помочь мастерам -  разработчикам и строителям различного рода машин - решать эти проблемы, получать ответы об их надежности и работоспособности еще до постройки и испытания.

Для анализа сложных машин Галилей обязательно переходит к их геометрическому представлению для объяснения принципа работы. Поэтому он начинает свой трактат по механике следующим призывом, в котором сформулирована его программа теоретического анализа механических орудий: «чрезвычайно важно рассмотреть их в общем и уяснить себе, каковы те выгоды, которые получают от этих орудий», поскольку «механики часто заблуждаются, желая применить машины ко многим действиям, невозможным по самой своей природе, а в результате и сами оказываются обманутыми и в равной степени обманывают тех, кто исходил в своих надеждах из их обещаний» [Галилей 1964 I, 9-10].

Одной из наиболее обсуждаемых в то время технических задач была проблема создания вечного двигателя – perpetuum mobile. Многие твердо верили тогда, что искусные инженеры – механики и гидравлики - способны «перехитрить» или даже «перебороть» саму природу. Такие мастера-инженеры, ангажированные для реализации крупных проектов, вроде проекта изменения русла рек, действительно ощущали себя на переднем крае битвы с природой. Поэтому неудивительно, что Великий герцог Тосканский Франческо I Медичи выбрал для своего знаменитого парка Пратолино, разбитого рядом с его одноименной виллой вблизи Флоренции, совершенно неудобное место с одной только целью продемонстрировать свою власть над природой. Создатель парка и виллы - флолрентинец Бернардо Буонталенти, был известным архитектором, паркостроителем и инженером. Его мастерскую возможно посещал в молодые годы Галилей, чтобы набраться практических технических знаний в области гидравлики. Буонталенти, комментируя одну из работ Доминико Мелини (Domenico Mellini. Discorso. Fiorenza, 1583), где тот критикует создателей вечного двигателя, поскольку «искусство дочь природы» и поэтому абсолютно невозможно, чтобы «искусство могло создать нечто большее, чем природа», делает пометку «ИСКУССТВО ЗАМЕНЯЕТ СОБОЙ ПРИРОДУ» (с. 197, 201-202).

Это убеждение выливалось тогда в своего рода социальное движение, стремившееся упрочить положение инженеров в обществе в противовес тем, кто занимался «естественной философией» и утверждал, что природа доминирует над техникой. Галилей формулирует третью позицию в вопросе соотношения науки и техники, которая становится фактически определяющей в новом естествознании, - «законы природы и законы механики принадлежат к одной и той же области явлений»[iv] (с. 200-201, 203).

Обсуждению проблемы вечного движения и возможности создания вечного двигателя отдал дань и Леонардо да Винчи, который даже планировал написать специальный трактат о машинах и много внимания уделяет наброскам конструкций различных машин и их частей. В некоторых местах своих записок он выступает против тех, кто пытается строить такие машины. Сам он, по-видимому, не строил таких машин, но много времени уделяет анализу их конструкций на чертежах. «Многие чертежи машин вечного движения, сделанные Леонардо да Винчи, содержат те же самые компоненты, что и разработанные им обычные машины. Ему кажется, что эту проблему в целом нужно решать скорее практическим путем. Верояно, он считал, что правильно комбинируя колеса, зубчатые передачи, насосы, воздуходувные мехи, водяные колеса и винты Архимеда, можно создать машину, которая будет двигаться за счет своей собственной энергии», - пишет Олшин [Олшин 2009, 9-10].

В сущности, обсуждение этой проблематики отрывало инженеров от повседневной рутинной реальности, приучало их не только мыслить практически, но и рассуждать теоретически на моделях и чертежах. Галилей идет тем же путем. Однако в отличие от Леонардо он  стремиться свести сложные и даже простые машины к еще более простым и общим геометрическим моделям и схемам. Такой универсальной объяснительной моделью для всех машин становится у него наклонная плоскость, с помощью которой он, например, исследует природу винта.

Опираясь на геометрию, Галилей дает уроки математики военным инженерам и одновременно учит их пользоваться измерительными «математическим инструментами». Таким образом уже тогда инженерное образование, как и теперь, служит стимулом для теоретической систематизации практических знаний. Однако круг геометрических знаний четко определен и в его основе лежит евклидова геометрия, учение о сфере Архимеда, теория перспективы, развитая художниками эпохи Возрождения, геодезия и арифметика. В дальнейшем этого набора математических дисциплин для инженеров оказалось недостаточно, и они начинают разрабатывать собственные технические теории и собственную математику. Но важно, что исходный эпистемологический принцип был заложен именно Галилеем. Как утверждал уже в конце XIX столетия немецкий инженер и один из творцов теоретической кинематики Франц Рело – машины «представляют собой особый вид, активируемый с помощью  вращающихся везде геометрических структур», которые есть ничто иное как «душа машины», «геометрическая абстракция машины» [Рело 1895, 59-60]. Таким образом, можно сказать, что модифицированная геометро-кинематическая схема Галилео Галилея послужила началом приложения естественно-научной теории - теоретической механики - к описанию машин и толчком для создания первой технической науки - теории механизмов и машин. А это, в свою очередь, было возможно, поскольку создаваемая Галилеем наука была по сути дела технонаукой, содержащей в зародыше и естественно-научную и научно-техническую составляющие.

Литература

Белт 2009 – Belt H. van den. Philosophy of  biotechnology // Philosophy of Technology and Engineering Sciences: 9 (Handbook of the Philosophy of Science). Amsterdam: Elsevier, 2009.

Галилей 1964 – Галилео Галилей. Избранные труды в 2 т. М., 1964.

Галилей 1980 – Галилео Галилей. Избр. труды. Т. 1. М. 1980.

Горохов 1987 – Горохов В.Г. Знать, чтобы делать: история инженерной профессии и ее роль в современной культуре. М., 1987.

Горохов 2012 – Горохов В.Г. Галилео Галилей как философ техники // Философский журнал. 2012. № 1.

Горохов, Сидоренко 2009 – Горохов В.Г., Сидоренко А.С. Роль теоретических исследований в развитии новейших технологий // Вестник РАН. 2009. № 9.

Гуковский 1947 – Гуковский М.А. Механика Леонардо да Винчи. М.-Л., 1947.

Капра 2009 – Капра Ф. Наука Леонардо. Мир глазами великого гения. М., 2009.

Койре 1988 – Koyre A. Galilei. Die Anfänge der Neuzeitlichen Wissenschaft. Berlin: Verlag Klaus Wagenbach, 1988.

Лефевр 2001 – Lefevre W. Galileo Engineer: Art and Modern Science // Science in Context, Volume 14, Issue S1, June 2001.

Олшин 2009 – Olshin B.B. Leonardo da Vinci´s investigations of perpetual motion // ICON. Journal of the International Committee for the History of Technology. 2009. Vol. 15.

Рело 1875 – Reuleaux F. Lehrbuch der Kinematik, V. 2. Die praktischen Beziehungen Kinematik zu Geometrie und Mechanik: Grundzüge einer Theorie des Maschinenwesens. Mit einem Atlas und Zahlreichen in den Text Eingedruckten Holzstichen. Braunschweig: F. Vieweg und Sohn, 1875.

Фейерабенд 1986 – Фейерабенд П. Против методологического принуждения. Очерк анархистской теории познания // Избранные труды по методологии науки. М., 1986.

Примечания