Наибольшая дальность полета, если не принимать в расчет сопротивление воздуха, достигается, действительно, при угле возвышения в 45°.
Другой итальянец — Бенедетти (1530—1590) — пошел дальше, введя представление об «импето» («впечатлении»), сохраняющемся в теле, которому сообщена скорость. Тело продолжает движение с сообщенной ему скоростью. Поэтому камень, выпущенный пращой, продолжает движение по прямой линии.
Таким образом, практика уже подводила ученых к представлению об инерции, и Галилей в «Диалоге» делает новый шаг в выработке этой важнейшей идеи механики. Разбирая движение тела по наклонной плоскости в духе Галилеевского метода, отвлекаясь от трения (плоскость и шар абсолютно твёрдые и гладкие), Сальвиати подводит своих собеседников к выводу, что шар, скатывающийся по плоскости ускоренно, будет подниматься по плоскости замедленно, если ему сообщить начальною скорость. «Теперь скажите, — продолжает обсуждение Сальвиати, — что будет с тем же телом на плоскости, которая ни вниз не опускается, ни вверх не поднимается?» Из ответов собеседников выясняется, что тело будет равномерно двигаться столько времени, «сколько хватит» такой плоскости. «Если, — подытоживает Сальвиати, — длина ее будет бесконечна, то и движение будет продолжаться вечно».
Современный учитель физики так же подводит учащихся к понятию инерции, заставляя двигаться шар по гладкой горизонтальной поверхности, не задумываясь над тем, что шар находится в поле тяготения и взаимодействует со столом, а «не предоставлен самому себе», как этого требует закон инерции, физику мы учим в тех же естественных условиях, в каких ее создавал Галилей.
Галилей не нашел полной и точной формулировки закона инерции, он не смог оторваться от своей плоскости, не имеющей «ни спуска, ни подъема», и, отождествив эту плоскость с поверхностью шара, считал, что движение по такой идеальной сферической поверхности может продолжаться вечно. Однако важно другое, что в путанице земных движений Галилей выявил свойство тел сохранять свою скорость. Ядро, выпущенное из пушки, продолжает лететь с сообщенной ему скоростью, одновременно падая с ускорением на Землю.
Галилей совершенно правильно применил закон инерции в конкретных примерах и, что особенно важно, привлек этот закон к обоснованию системы Коперника. Шар, сброшенный с башни, продолжает двигаться вместе с башней и поэтому упадет к ее подножию. Птицы и облака продолжают двигаться вместе с Землей, как и атмосфера. Поэтому мы и не замечаем движения Земли, и все явления происходят на ней так, как если бы она была неподвижна. Галилей весьма наглядно формулирует это картиной явлений в трюме корабля. Все движения в этом помещении: падение капель из ведра, подвешенного к потолку, в сосуд с узким горлышком, поставленный на полу, полет мух и бабочек, находящихся в трюме, плавание рыбок в аквариуме, бросание мяча наблюдателем своему приятелю — тщательно фиксируется наблюдателем «Наблюдайте хорошенько за всем этим, — говорит Сальвиати, — и заставьте привести в движение корабль с какой угодно быстротой. Если движение будет равномерно, то вы не заметите ни малейшей перемены во всех указанных действиях и ни по одному из них не в состоянии будете судить, движется ли корабль или стоит на месте».
В этом высказывании Сальвиати содержится важнейший физический принцип — принцип относительности Галилея: никаким механическим опытом нельзя установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно, движения в обеих системах протекают совершенно одинаково.
Эйнштейн, развивший спустя 300 лет после Галилея теорию относительности, назвал систему отсчета, центр которой находится в центре солнечной системы, а оси направлены к неподвижным звездам, галилеевой. Эйнштейн утверждал, что все системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно галилеевой, равноправны, а постоянная скорость системы отсчета не оказывает никакого влияния на ход механических процессов.
Установление принципа относительности сняло главные возражения противников Коперника.
В беседе третьего дня приводятся астрономические открытия, говорящие в пользу Коперника и против Аристотеля: вид Луны в телескоп, солнечные пятна, фазы Венеры, спутники Юпитера. Все это в разное время было открыто самим Галилеем. Эти факты свидетельствуют в пользу теории Коперника, и Сагредо в «Диалоге» совершенно правильно восклицает: «О Николай Коперник. Как обрадовался бы ты, видя, как подтверждена этими фактами твоя истина!»
Однако Галилею эти доказательства еще казались недостаточными, и он в беседе четвертого дня излагал свою теорию приливов и отливов. Эта теория основана на проявлении инерции. Галилей в пояснение ее приводит пример с баржей, везущей воду: при торможении баржи вода устремляется к носу, при ускорении — отступает к корме.
Явление описано Галилеем совершенно правильно и свидетельствует о его наблюдательности. Правильна также мысль, что суточное вращение Земли должно найти свое отражение в явлениях на земной поверхности (эти явления были впоследствии открыты). Но сама теория приливов и отливов в том виде, в каком ее дал Галилей, неверна. Он считал причиной приливов и отливов изменение скорости воды, которая составляется из скорости вращения Земли и скорости ее орбитального движения. Несмотря на неправильность своей теории, которая противоречит установленному им принципу относительности, Галилей считал ее важнейшим аргументом в защиту системы Коперника.
Богатое содержание «Диалога» далеко не исчерпывается изложенными здесь примерами. Эта живая полнокровная книга хорошо отражает дух самого Галилея С какой язвительностью он говорит о своих противниках и их аргументах, «которые я стыжусь повторять..., чтобы не налагать пятна на род человеческий». С гневом и страстью он бичует слепое преклонение перед Аристотелем! Он говорит, что Аристотеля надо изучать (кстати сказать, в «Диалоге» очень сильны следы аристотелевской физики), но вместе с тем не одобряет, когда каждое слово Аристотеля принимают на веру. Это злоупотребление ведет за собой вредное последствие: «не заботятся убедиться в силе доказательств». «Разве недостойно осмеяния,— продолжает Сальвиати, — когда на диспуте о каком-нибудь предмете, подлежащем доказательству, вдруг кто-нибудь приведет цитату, часто относящуюся совсем к другому предмету, и ею затыкают рот противнику. Если вы хотите так продолжать в деле науки, то не называйтесь философами, зовитесь историками, докторами зубрения. Кто никогда не философствует, не имеет право на почетный титул философа».
Совершенно очевидно, что «доктора зубрения» не остались в долгу и начали травлю Галилея. Вскоре после выхода книги Галилей пишет: «Из верного источника слышу, что отцы-иезуиты наговорили решающей особе, что моя книга ужаснее и для церкви пагубнее писания Лютера и Кальвина». Против Галилея по приказанию папы возбуждается дело, и Галилея вызывают в Рим. Больной старик просит отсрочки, инквизация повторяет вызов с угрозой, что в случае нового отказа Галилей будет доставлен в цепях под конвоем. В феврале 1633 г. Галилея на носилках доставляют в Рим. Процесс Галилея продолжается с 12 апреля 1633 г, когда его подвергли первому допросу, до 21 июня 1633 г., когда был вынесен приговор. На следующий день 22 июня состоялось отречение Галилея по тексту, заготовленному инквизицией.
Не все еще до конца ясно в процессе Галилея. Неизвестно точно, подвергался ли Галилей пыткам, хотя в тексте приговора недвусмысленно сказано, что Галилей подвергался «строгому испытанию», на котором «отвечал католически».
Прошло 350 лет со дня осуждения Галилея, а документы процесса полностью не опубликованы. Но из опубликованных документов видно, что Галилей стойко держался принятой им линии защиты: он не нарушал письменного распоряжения Беллармина и систему Коперника обсуждал в «Диалоге» как одну из научных гипотез. Поэтому инквизиция вынуждена была признать Галилея не еретиком (что автоматически вело за собой сожжение на костре), а лишь «сильно заподозренным в ереси».( Только в 1981 г., т. е. через 339 лет после смерти великого ученого, католическая церковь вынуждена была реабилитировать его. )
Нередко приходится слышать и читать осуждение отречения Галилея и обвинение его в трусости, в измене долгу ученого. Но любители мученических жертв забывают, что Галилей своим хотя и унизительным, но формальным отречением спас для науки, для человечества свое великое произведение «Беседы о двух новых науках». Чтобы оценить значение этого произведения, достаточно сказать, что оно открыло дорогу «Началам» Ньютона и заложило основы науки о сопротивлении материалов. Что же касается научных убеждений Галилея, то они остались неизменными. Об этом свидетельствует и посвящение к «Беседам», и сами «Беседы», и сохранившиеся записи Галилея. Известная легенда о словах Галилея: «А все-таки она вертится!» — неверная фактически, верна по существу.( Подробнее о процессе и отречении Галилея смотрите в кн.: Кудрявцев П. С. История физики. — М.: Учпедгиз, 1956. — Т. 1. )
