Путь тела, брошенного горизонтально, постепенно искривляется вниз и оно падает на землю. Упав, оно еще некоторое время движется по земле в направлении первоначального броска.

Постоянная сила, сила тяжести изменяет скорость и направление движения предмета. Сила трения может только уменьшить величину скорости.

Галилей снова обращается к наклонной плоскости. Скатываясь с нее, шарик движется все быстрее. Если его толкнуть так, чтобы он поднимался на наклонную плоскость — его скорость постепенно уменьшается. Она может уменьшиться до нуля, и тогда шарик начнет скатываться вниз. Но если устранить наклон, снять подпорку из под верхнего конца доски, она станет горизонтальной. Теперь действие силы тяжести гасится противодействием горизонтальной доски и шарик остается неподвижным.

Перед умственным взором Галилея возникает невероятное видение: по гладкому полу, совершенно лишенному трения, скользит предмет. Его путь прям, его скорость постоянна.

Это первый мысленный эксперимент. Ученый «ставит» его, отвлекаясь от действия мешающего трения. В действительности, к такому эксперименту можно лишь приблизиться, уменьшая трение. Но реализовать его абсолютно точно — невозможно.

В мысленном эксперименте тело движется равномерно и прямолинейно. Почему оно движется именно так?

Аристотель должен был бы объяснить это действием особой силы, как он поступил в случае движения стрелы. Но Аристотель не сделал этого, ибо не понимал, что следует опускать в рассуждениях второстепенное (здесь силу трения), для того, чтобы осознать главное.

Галилей сумел возвыситься до абстракции, до пренебрежения второстепенным. Но дело осложнялось тем, что Галилей знал: силы не поддерживают движение, а видоизменяют его. Изменяют скорость или направление движения.

Сила тяжести увеличивает скорость падения тела, которое сперва покоится в руке, а когда рука отпускает его, начинает падать все быстрее. Сила тяжести искривляет движение стрелы, заставляя ее все скорее приближаться к поверхности земли. Сила лошади движет повозку с постоянной скоростью, преодолевая трение.

Обдумывая все это, Галилей делает уступку Аристотелю: может быть существует особая сила? Сила, не изменяющая ни величины, ни направления скорости движения тела. Сила, поддерживающая прямолинейное равномерное движение тела, если другие силы, включающие и силу трения, совершенно отсутствуют.

Может быть, такая сила свойственна всем телам, свободным от действия обычных сил? Может быть, это свойство определяется косностью тел, их стремлением двигаться так, как они двигались в предыдущий момент? Может быть это особая «сила косности», «сила инерции»?

Следующий шаг — еще один опыт.

Снова мысленный опыт. Точнее целый набор мысленных опытов, выполненных в закрытом помещении под палубой корабля. Опыты мысленно выполняются дважды. Первый раз, когда корабль стоит неподвижно. Второй раз корабль равномерно без качки движется с постоянной скоростью по спокойной воде.

Ни один из хитроумных опытов, проведенных в каюте этого корабля, не позволяет определить: неподвижен корабль или он движется прямолинейно с постоянной скоростью?

Вот как Галилей описывает этот мысленный опыт: «Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и подобными мелкими летающими насекомыми; пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в нем маленькими рыбками; подвесьте, далее, наверху ведерко, из которого вода будет капать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд…

Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным и без качки…) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно… И причина согласованности всех этих явлений в том, что движение корабля обще всем находящимся в нем предметам, так же как и воздуху; поэтому-то я и сказал, что вы должны находится под палубой…»

Этим мысленным опытом, обобщающим целый ряд реальных наблюдений и экспериментов, Галилей добился двух целей. Прежде всего он опроверг перед читающей публикой возражения последователей Аристотеля против движения Земли. Они говорили, что все механические движения на поверхности Земли происходят так, как если бы Земля была неподвижна. Если бы она двигалась, разъясняли они, все было бы иначе.

Но Галилей утверждает: все механические движения на движущейся Земле происходят точно так же как и на неподвижной, ибо она за время опыта движется практически прямолинейно и равномерно, как корабль, о котором мы рассказали.

Второй более важный результат, извлеченный Галилеем из этого мысленного опыта — принцип относительности. Он рассуждал так: на основании опытов, проведенных под палубой корабля, нельзя судить о том, неподвижен корабль или он движется прямолинейно с постоянной скоростью. Тем более невозможно, не выглядывая наружу, определить скорость корабля, движущегося прямолинейно и равномерно.

Другое дело, если вы смотрите на движущийся корабль с берега. Тогда можно, не заглядывая под его палубу, вычислить как протекают там все физические явления. Для этого нужно, например, к скорости падающей капли добавить скорость корабля. Тогда станет ясно, что падающая капля будет догонять сосуд, «стоящий» под «висящим неподвижно» ведерком.

Так же нужно прибавлять к скорости движущихся насекомых и рыб скорость движения корабля. И станет понятно, почему они не наталкиваются на стенки.

Из этого следует вывод: рассуждая о движении, следует учитывать, что оно всегда происходит относительно чего-то.

Таков принцип относительности.

Суть его проста: все механические явления остаются неизменными, если лаборатория, в которой проводятся опыты, неподвижна или движется прямолинейно с любой постоянной, по величине и направлению, скоростью.

Экспериментатор, находящийся в одной из таких лабораторий, может при помощи несложных вычислений установить, что показывают приборы в другой лаборатории, если эта вторая лаборатория тоже неподвижна или движется прямолинейно с любой постоянной, по величине и направлению, скоростью.

Мысленный опыт Галилея на века определил развитие науки. Исходя из него, Ньютон сформулировал первый из законов движения.

Так рождалось то, что мы называем классической физикой. Только в 1905 году Альберт Эйнштейн обнаружил, что принцип относительности Галилея нуждается в уточнении, если лаборатории, в которых расположены приборы, движутся одна относительно другой очень быстро. Очень — значит близко к скорости света. Галилей конечно не мог предполагать, что при больших скоростях его принцип относительности нуждается в уточнении.

Но мы забежали вперед. Мы еще поговорим об Эйнштейне и его теориях, а теперь…

Теперь мы перейдем рубеж, впервые преодоленный Ньютоном. Этот рубеж окончательно отделяет новую физику от старой.

Мы знаем, что первые шаги к этому рубежу сделал Галилей. Он разрушил многовековые догмы, введенные в физику Аристотелем. Он создал новый научный метод: нужно ставить опыты, из анализа опыта извлекать следствия и проверять их справедливость дополнительными опытами.

Он поддерживал и пропагандировал учение Коперника, за что был осужден католической церковью (осенью 1992 года она признала это осуждение ошибочным).

Галилей, обходясь лишь виртуозными и простыми экспериментами и мысленными опытами, сделал колоссальный шаг в понимании природы сил.

На основе своих опытов с маятниками Галилей заключил, что сила тяжести вызывает изменение скорости и проверил правильность этого вывода опытами с движением тел по наклонной плоскости.