Aristotel: zašto stvari padaju
Istorija mehanike
Deo 1 · Atina, IV vek pre nove ere
Čovek koji je opisao ceo svet
Aristotel (Ἀριστοτέλης, 384–322. p.n.e.) rođen je u Stagiri, na severu Grčke, kao sin lekara makedonskog kralja. Sa sedamnaest godina otišao je u Atinu i dvadeset godina proveo u Platonovoj Akademiji. Zatim je bio učitelj mladom Aleksandru Makedonskom, pa se vratio u Atinu i osnovao svoju školu — Likej.
Napisao je o gotovo svemu: o logici, biologiji, etici, politici, pesništvu, duši, retorici. Njegova biologija je bila izvanredna — opisao je preko petsto vrsta životinja, secirao ih, i neka njegova zapažanja o razvoju pilećeg embriona bila su tačna dve hiljade godina.
A njegova fizika kretanja bila je pogrešna u gotovo svemu. To vredi držati zajedno u glavi: isti čovek, isti metod, sjajan rezultat u jednoj oblasti i promašaj u drugoj.
I još važnije — ta pogrešna fizika je vladala dve hiljade godina. Ne zato što su ljudi bili glupi, nego zato što je bila uverljiva. Kad je konačno oborena, za to je trebalo više truda nego za bilo koje otkriće u ovom serijalu.
Prirodna mesta
Aristotelova osnovna zamisao je ovakva. Sve na Zemlji sastavljeno je od četiri elementa — zemlje, vode, vazduha i vatre. Svaki od njih ima svoje prirodno mesto u svetu, i teži da tamo dođe.
- Zemlja je najteža i njeno mesto je u središtu sveta.
- Voda ide iznad zemlje.
- Vazduh iznad vode.
- Vatra je najlakša i teži naviše.
Kamen pada zato što je pretežno od zemlje i vraća se svom mestu. Plamen se diže zato što je od vatre. Mehur vazduha u vodi juri naviše iz istog razloga. To Aristotel zove prirodnim kretanjem — telo ide samo, bez ikoga da ga gura.
Sve drugo kretanje je prisilno, i za njega je potreban pokretač. Kola se kreću dok ih konj vuče. Kad konj stane, stanu i kola. To je pravilo koje Aristotel izvodi kao opšte:
Zapamti tu rečenicu, jer je ona najveća prepreka koju je fizika ikada morala da savlada — i zato što je, u svakodnevnom iskustvu, tačna.
Zašto je to bilo razumno
Pogledaj oko sebe i broji koliko puta Aristotel ima pravo.
Gurneš sanduk po podu — kreće se dok guraš, stane čim pustiš. Vučeš kola — isto. Veslaš — čamac usporava kad prestaneš. Kotrljaš loptu po travi — stane. Nema nijednog predmeta u svakodnevnom životu koji se kreće sam od sebe i ne staje.
Danas kažemo: to je zbog trenja i otpora vazduha. Ali trenje je uvek tu. Da bi se videlo kretanje bez njega, mora se zamisliti nešto što niko nikada nije video. Aristotel je opisivao svet kakav jeste, a ne svet kakav bi bio da nečega nema.
Njegov metod je bio da polazi od iskustva i traži uzrok. To je razuman metod. Greška nije bila u metodu nego u tome što je očigledno u ovom slučaju bilo pogrešno, a da bi se to videlo, trebalo je početi da se meri.
Brzina padanja
Iz iste slike sledi i tvrdnja o padanju, po kojoj je Aristotel danas najpoznatiji.
Ako telo pada zato što teži svom mestu, onda ono koje sadrži više zemlje teži jače — i mora padati brže. Aristotel to izriče kao srazmeru: brzina padanja srazmerna je težini tela, a obrnuto srazmerna gustini sredine kroz koju pada.
Dva puta teže telo pada dva puta brže. Kroz vodu se pada sporije nego kroz vazduh, jer je voda gušća.
Drugi deo te tvrdnje je tačan i proverljiv — kamen zaista sporije tone kroz vodu nego što pada kroz vazduh. Prvi deo je netačan, ali izgleda tačno: pusti kamen i pero sa iste visine i videćeš tačno ono što Aristotel opisuje.
Iz te srazmere Aristotel izvodi i zaključak koji mu je bio važan: praznina ne može postojati. Jer ako gustina sredine u imeniocu teži nuli, brzina bi rasla preko svake mere, a to je za njega besmisleno. Otud natura abhorret vacuum — tvrdnja koju je, kako smo videli u tekstu „Sumporna kugla: mašina koja pravi elektricitet", oborio Gerike tek u sedamnaestom veku.
Problem sa strelom
Postojala je jedna pojava koju Aristotelova slika nije mogla da objasni, i on je toga bio potpuno svestan.
Odapneš strelu. Tetiva je gurne i pusti. Po pravilu, kretanje bi moralo da prestane čim pokretač prestane da deluje — a strela leti dalje, stotinu koraka, i tek onda pada.
Ko je gura?
Aristotel je ponudio objašnjenje koje se zove antiperistaza. Vazduh koji strela razgrne ispred sebe struji unaokolo, sklapa se iza nje i gura je napred. Vazduh je, dakle, i prepreka i pokretač u isti mah.
To je nategnuto i sam Aristotel je oko toga oklevao — u različitim delima daje malo drugačije verzije. Ali unutar njegovog sistema drugog izlaza nije bilo: ako svako kretanje traži pokretač, a tetive više nema, pokretač mora biti nešto što je preostalo. A jedino što je tu — vazduh.
ZAPAMTI OVO
Antiperistaza je primer pojave koju vredi prepoznati: kad teorija naiđe na činjenicu koja joj ne odgovara, često se ne odbacuje nego se zakrpi.
Zakrpa je uvek nezgrapna, i po tome se prepoznaje da nešto ne valja u temelju. Isto ćemo videti kod epicikala u astronomiji, kod flogistona u hemiji, i kod etra u fizici — sve pojave koje smo pominjali ili ćemo pominjati.
Dva sveta
Aristotel je napravio i podelu koja je bila jednako trajna i jednako pogrešna.
Sve ispod Meseca — podmesečev svet — sastavljeno je od četiri elementa, promenljivo je, propadljivo, i u njemu se kretanje odvija pravolinijski, ka prirodnom mestu ili od njega.
Sve iznad Meseca — nadmesečev svet — napravljeno je od petog elementa, etra ili kvintesencije. Taj element je večan, nepromenljiv i savršen, i njegovo prirodno kretanje je kružno, jer je krug savršena figura. Zato se zvezde i planete okreću večno i ne padaju.
To znači da nebo i Zemlja rade po različitim zakonima. Ono što važi za kamen ne važi za Mesec.
Njutnov najveći doprinos, o kome ćemo pisati u devetom delu, biće upravo rušenje te podele: ista sila koja obara jabuku drži Mesec u orbiti. Ali između Aristotela i te rečenice stoji devetnaest vekova.
Šta je zapravo tačno
Da bismo videli koliko je promašeno, treba reći šta danas znamo — bez izvođenja, jer za to još nemamo alat.
O kretanju: telo ne traži pokretača da bi se kretalo, nego da bi promenilo kretanje. Sanduk staje zato što trenje deluje na njega, a ne zato što je kretanje samo po sebi prolazno. Ukloni trenje i sanduk klizi zauvek. To je zakon inercije i o njemu je peti deo ovog serijala.
O padanju: sva tela padaju istim ubrzanjem, bez obzira na težinu. Kamen i pero puštena u ispumpanoj cevi stižu do dna istovremeno — što je ogled koji je danas svako video snimljen, a koji do sedamnaestog veka niko nije mogao ni da izvede.
Ali obrati pažnju: ono što Aristotel opisuje jeste tačno za padanje kroz sredinu koja pruža otpor. Kad se telo dovoljno dugo kreće kroz vazduh, otpor poraste dok se ne izjednači sa težinom, i dalje telo pada stalnom brzinom. Ta brzina se zove granična, i ona zaista zavisi od težine tela i od gustine sredine — otprilike onako kako je Aristotel tvrdio.
Padobranac to koristi svakog dana. Aristotel nije opisivao slobodan pad, nego pad sa otporom — samo što je mislio da opisuje sve.
Zašto nije bilo izmereno
Ostaje pitanje koje se samo nameće: zašto niko dve hiljade godina nije uzeo dva kamena i pustio ih?
Prvi razlog je da jesu, i da im to nije mnogo pomoglo. Pusti kamen od kilogram i kamen od deset kilograma sa visine od dva metra. Oba padnu za oko šest desetinki sekunde, a razlika među njima je nekoliko hiljaditih delova sekunde. Bez sata koji meri delove sekunde — a takvog sata nije bilo — ne možeš ni potvrditi ni oboriti tvrdnju.
Drugi razlog je dublji i tiče se toga šta se u antici smatralo naukom. Rukovanje predmetima bio je posao zanatlija i robova; filozof je razmišljao. Merenje je bilo za trgovce i graditelje, ne za onoga ko traži uzrok stvari. Ta podela se održala kroz ceo srednji vek.
Treći razlog je da je Aristotelov sistem bio potpun. Objašnjavao je i pad i let i plivanje i nebo, i sve to iz nekoliko početnih pretpostavki. Takav sistem se ne obara jednim ogledom; obara se tek kad postoji bolji sistem koji ga zameni.
Šta je ovo promenilo
Prvo: kretanje je postalo predmet o kome se može govoriti sistematski. Pre Aristotela postoje samo razbacane primedbe; posle njega postoji teorija sa pojmovima, podelama i pravilima. To je preduslov za svaki dalji korak, uključujući i onaj koji je nju oborio.
Drugo: uveden je pojam uzroka kretanja. Pitanje „šta pokreće ovo telo" je pravo pitanje i mi ga i danas postavljamo — samo je odgovor drugačiji.
Treće, i najgore: Aristotel je postao autoritet. Kroz arapske prevode i preko Tome Akvinskog, njegova fizika je u srednjem veku srasla sa crkvenim učenjem, i osporavati je značilo je više od naučnog neslaganja. Kad Galilej u sedamnaestom veku bude imao problema, dobar deo tih problema neće biti zbog Kopernika nego zbog Aristotela.
Ali pukotine su se javile ranije nego što se obično misli, i to unutar samog srednjeg veka. Već u šestom veku Jovan Filopon u Aleksandriji piše da je antiperistaza besmislena — ako vazduh gura strelu, zašto onda strela bez tetive ne poleti sama? I tvrdi, protiv Aristotela, da dva tela različite težine puštena zajedno stižu skoro istovremeno, i da je to lako proveriti.
Njegova primedba je ostala uglavnom nezapažena osam vekova. A onda su je, u Parizu četrnaestog veka, pokupili ljudi koji su predavali na tamošnjem univerzitetu — i zamenili antiperistazu nečim što telo nosi u sebi, a što se pri kretanju troši.
Nazvali su to impetus. Nije bilo tačno, ali je bilo mnogo bliže istini nego bilo šta pre toga.
Comments
Post a Comment