Эрнст Фишер - Растут ли волосы у покойника? Мифы современной науки

По Ньютону, в результате взаимодействия силы тяжести и инерции мяч, который выпускают из рук на бегу, описывает параболу, двигаясь вперед. (Сопротивление воздуха при этом не учитывается.) 49 % студентов дали правильный ответ – по механике Ньютона. 45 % считали, что мяч падает вертикально вниз, а 6 % решили, что мяч остается позади. Таким образом, мы видим, что концепция движения Ньютона противоречит здравому смыслу, а наша интуиция неисправима. Даже если мы будем наизусть знать главные уравнения физики, все равно мы никогда не сумеем полностью их понять. А как же трудно принять теорию относительности! То, что вышеописанный результат с мячом и студентами не был случаен, удалось продемонстрировать, дав мяч другим студентам и попросив их разбежаться и отпустить его так, чтобы он попал в лежащую на земле цель. И снова многие выпустили мяч из рук в тот момент, когда он находился над целью – и поэтому, конечно, промахнулись, а некоторые испытуемые даже пробегали мимо цели, прежде чем выпустить мяч из рук, возможно, полагая, что он переместится назад.

Каждый читатель может на себе проверить, как его интуитивное понимание законов движения соотносится с механикой Ньютона, поразмышляв о том, куда направить мяч, который на бегу нужно подбросить вверх и снова поймать. Сначала многие интуитивно полагают, что мяч надо бросить вперед (а не просто вертикально вверх, что было бы правильно). Если они сделают именно так, то им придется сделать сильный рывок, чтобы поймать мяч. Вот еще одна несколько более сложная задача для самопроверки: представьте себе, что вы стоите в саду и видите, как яблоко отрывается от ветки. Случайно у вас в руке оказалась гнилая груша, и вы вдруг захотели попасть в падающее яблоко. При этом возникает вопрос: куда же надо целиться – в позицию, которую яблоко занимает в момент броска, или в позицию, которой яблоко достигнет в момент пересечения вашего снаряда с его траекторией? Интуитивно многие принимают решение в пользу второго варианта – и при этом забывают о механике Ньютона: гнилая груша, которую вы бросаете, также совершает движение вниз. Вы просто должны целиться в яблоко – туда, где вы его видите в данный момент, а не туда, где вы его ожидаете увидеть позже. Вот таким простым иногда может быть сложное.

Тех, кто хочет изучить ложные ходы интуиции, разумеется, интересует и то, на чем основывались студенты, давая свои ответы. Обсуждая законы движения, необходимо использовать для этого понятие «импульс», которое и у Ньютона играет решающую роль. Это произведение массы тела и его скорости и есть то, что остается неизменным до тех пор, пока на тело не действует сила. Итак, на занятиях по физике студенты узнали о понятии «импульс» и использовали его в дальнейшем при обосновании своих ответов. Когда же студентов, наконец, спрашивали, что точно означает импульс, получали типичный ответ: «Это нечто, продолжающее двигать объект вперед после того, как на него перестает действовать сила. Его можно было бы назвать движущей силой. Это нечто, удерживающее тело в состоянии движения». Хоть студенты и говорили об импульсе, они имели в виду нечто иное – некую внутреннюю силу, которую, например, легкоатлет сообщает копью или диску и которая позволяет снаряду лететь дальше в намеченном метателем направлении. Для этой силы, этого внутреннего импульса со времен Средневековья существует название «импетус». Тогда возникла даже теория импетуса – как критика аристотелевой теории движения. Считалось, что утверждение Аристотеля о том, что предмет способен двигаться только под действием внешней силы, было неправильно истолковано: «Как же тогда можно вообще подбросить камень в воздух, ведь он же продолжает лететь даже после того, как я его уже не держу в руке, а моя сила его уже не достигает и не может управлять им?»

Теория импетуса преодолела эти проблемы, придумав вложенную силу, сообщенную копью его метателем, то есть импетус. Эта теория – физика здравого смысла. Ее сторонники описали движение брошенного копья очень наглядно. Сначала метатель сообщает копью импетус, который помогает ему преодолеть свой вес. Во время движения вложенная сила исчерпывается, ее поглощают внешние силы сопротивления (воздух). Как только импетус полностью израсходуется, копье упадет на землю.

Открытым остается вопрос о том, почему эти представления об импетусе настолько интуитивно убедительны. Вероятно, их можно понять, обратившись к биологии и психологии.