Величие этого простого опыта именно в его простоте. Галилей описал его очень подробно. В наших современных терминах этот опыт доказывает закон сохранения энергии в механических явлениях. Потенциальная энергия груза определяется только высотой его подъема и не зависит от формы пути. Потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию движения и обратно. Этот опыт, если измерять достаточно точно, приводит еще к одному следствию: период колебания маятника не однозначно определяется длиной подвеса. Период зависит от размаха колебания. Такой зависимостью можно пренебречь только в том случае, если размахи достаточно малы, что очень важно для тех, кто вслед за Галилеем применял колебания маятника для измерения времени.

Отталкиваясь от подобных опытов, Галилей создал новую главу механики — динамику, науку о движении тел под действием сил, полностью отвергнув фантастические домыслы Аристотеля. Но перипатетики не сдавались. Теперь их атаке подвергалась вся совокупность достижений новой науки, а острие атаки было направлено в наиболее опасный пункт, на пропагандируемое Галилеем учение Коперника о движении Земли.

Возражения были основаны на том, что все механические явления свидетельствуют о неподвижности Земли. Если бы Земля вращалась, птицы, по убеждению аристотелианцев, отставали бы от ее движения. Тяжелые тела должны падать наклонно, а пушки стрелять на запад дальше, чем на восток. Эти доводы казались неоспоримыми. Здесь в единый союз объединилось множество не достаточно глубоко продуманных мысленных экспериментов и не очень точно поставленных реальных опытов.

На эти возражения Галилей отвечал своим гениальным мысленным экспериментом. Он приглашал оппонентов присоединиться к нему в плавании на воображаемом корабле. Корабле, который, как мы теперь знаем, идет по генеральному пути науки более трехсот лет. И будет идти вечно, лишь несколько уточнив свой курс. Вот что писал Галилей:

«Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими 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 в ту или другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется 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 находиться под палубой…»

Приглашая читателя представить себе эти простые и наглядные опыты, Галилей не только отметал возражения против движения Земли, но провозглашал новый принцип, новую основу механики — принцип относительности. Нет такого механического явления или процесса, нельзя придумать ни одного механического опыта, который способен отличить состояние равномерного прямолинейного движения от состояния покоя. С точки зрения механики покой ничем не отличается от равномерного движения, происходящего по прямой. Законы природы тут едины. В каюте можно убедиться, что при задраенных иллюминаторах нет никакой возможности определить, неподвижен корабль или он равномерно движется по поверхности спокойного моря. Своим простым и гениальным мысленным экспериментом Галилей утверждал: движение по инерции само по себе определить невозможно. Для этого всегда необходимо второе тело. О движении корабля Галилея можно судить лишь по отношению к другому кораблю, берегу или звездам, А если нет ни звезд, ни берега, ни другого корабля? Можно ли найти в окружающем мире какие-то надежные ориентиры, абсолюты, какие-то особенности реальной структуры пространства и затем, пользуясь ими как верстовыми столбами, обнаружить свое движение в этом пространстве, не прибегая к наблюдениям положения звезд? Если же и таких особенностей нет, то можно ли создать прибор, способный обнаружить наше движение в пространстве, подобно тому, как лаг, брошенный в море, позволяет определить скорость движения корабля?

О том, как ученые искали возможность ориентироваться с «завязанными» глазами, как много раз возникали сомнения в справедливости принципа относительности Галилея, как потом он был расширен теорией относительности Эйнштейна, как ученые нашли было опору в абсолютном пространстве Ньютона, в эфире, затем отвергли его и совершенно неожиданно, уже в наши дни, обрели эту опору в «новом эфире», который никогда ничем не выдавал себя, но существование которого предчувствовал Эйнштейн, будет рассказано дальше. Будет рассказано и о том, как реальный опыт в кабине самолета, проведенный в 1976 году, готовился вступить в спор с мысленным экспериментом Галилея.

Принцип относительности вошел в науку триста лет назад и затем утвердился в качестве одной из основ механики. Многие реальные опыты подтвердили его справедливость. Подтвердили его справедливость и последующие эксперименты, в которых ученые пытались в качестве поводыря использовать электрические и магнитные явления или старались, как за путеводную нить, ухватиться за лучи света, но… Ни одно открытие в области механики, электродинамики, термодинамики не указало людям явления, которое помогло бы пассажирам корабля Галилея определить свое движение во Вселенной, не видя другого корабля, берега или звезд, не бросая за борт лага, при помощи которого моряки измеряют скорость корабля по отношению к воде.

Корабль Галилея — по сути планета Земля. Вот почему век за веком, год за годом ученые бились и бьются над проблемой ориентации во времени и пространстве. И год за годом, век за веком все более убеждаются в том, что слишком мало знают о таком, казалось бы, тривиальном явлении, как движение.

Принцип относительности Галилея глубочайшим образом связан с движением по инерции. Тело, свободное от действия сил, движется прямолинейно с постоянной скоростью или пребывает в покое, утверждает Галилей вопреки Аристотелю. Движение тел по инерции обязано пространству. Это оно, как выяснил много позже Эйнштейн, придает телам свойство инерции — свойство оставаться неподвижными или продолжать равномерное прямолинейное движение при отсутствии каких бы то ни было сил.

Почему это происходит? — особый вопрос, на выяснение его потрачены века. Понять истинный характер движения, происходящего как бы само по себе, без очевидной первопричины, было нелегкой задачей. Ни великий Аристотель, много размышлявший над проблемой движения, ни его наследники в науке не поняли истины. Почему? Потому что наблюдать движение по инерции в «чистом виде» в обыденной жизни практически невозможно. (Сила тяжести и трение делают движения реальных тел неравномерными. Трение, например, постепенно замедляет движение тела. Сила тяжести придает ускорение всем незакрепленным телам.) Но если нельзя наблюдать явление, остается один выход — представить, вообразить… Этим и занялись следующие пассажиры корабля Галилея.

Величайшим пассажиром, взошедшим на корабль Галилея, был Ньютон. Он воспринял и развил не только научные результаты, но и научный метод Галилея. От опыта к абстракции, к математической модели, к математическому анализу и к контрольным опытам. И если Галилей был первым великим физиком, то Ньютон был не только великим физиком, но и творцом новой математики, позволившей ему решать задачи, недоступные его предшественникам. И в этой многогранности основа мощи и величия Ньютона. Впрочем, может быть, правильнее сказать, что гениальность Ньютона позволила ему стать величайшим физиком и математиком всех времен, создателем классической науки.